超声波液位测量仪

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1、万方数据超声波液位测量仪常凤筠(鞍山科技大学电子与信息学院，鞍山114002)崔旭东(鞍山师范学院计算中心，鞍山114001)摘要：介绍利用单片机W77E58作为主控元件的超声波液位测量原理，给出设计方法和系统框图。该液位测量仪具有温度补偿，用标准反射杆作基准进行校正，可提高测量精度，且价格低廉，可靠性高。关键词：超声波检测；液位测量仪；温度补偿中图分类号：TGll5．28文献标识码：A文章编号：1000—6656(2006)01—0026—02UltrasonicLiquidLevelIndicatorCHANGFeng

2、-jun(SchoolofElectronicandInformationEngineering。AnshanUniversityofScienceandTechnology，Anshan114002，China)CUIXu-dong(ComputerCenter，AnshanNormalUniversity，Anshan114001，China)Abstract：Thetheoryofultrasonicliquidleveltestingwasintroduced．Thedesignandtheframeofthesy

3、stemwithtemperaturecompensationandthestandardreflectasthebasisforcalibrationweredetailed。inwhichMCUW77E58wasusedasthemaincontrolcomponent．Themeasuringresultsshowedthatthesystemwaslowinpriceandhighinreliability．Keywords：Ultrasonictesting；Liquidlevelindicator；Temper

4、aturecompensation超声波检测精度高，价格低，已被广泛用于无损检测。研制的超声波液位测量仪可应用在厂矿企业的水箱水位检测及控制，也可用于制药和化工液槽的液位测量等。该仪器具有温度补偿，用标准反射杆作基准进行校正，可提高其测量精度。1测量原理标准状态下超声波在水中的传播速度为1483m／s，因此只要测定超声波从发送到接收的传播时间就可算出其传播距离口]。由于超声波的声速受温度、湿度和其它环境因素的影响，为消除此影响，设计了固定参比标准杆。所研制的液位测量仪的测量原理见图1[2]。由单片机输出一定频率电信号，激励

5、安装在水箱底部的超声波传感器，发射出频率为1MHz的超声波，并在发射同时启动单片机内部定时器开始计时。超声波收稿日期：2005—09—222620∞年第28卷第1期图1水箱水位测试原理图通过被测液体介质传播，遇到标准杆处，其中一部分产生第一次反射回波，而其余部分继续在水中传播。反射回波到达探头，使探头输出第一个电信号，引起单片机第一次中断。而在水中继续传播的超声波到达水面时，由于水面以上是空气，在气液交界面产生第二次反射回波，使探头输出另一个电信号，引起单片机的第二次中断。在中断程序里，分别读取定时器的计数值，即探头接收到

6、的标准杆和水面的反射回波传播时间t。和t。，由此算出探头到液面的高度H。和水深H为[23万方数据H。一业(1)f1H—h。+H。(2)式中h，——探头到标准杆的距离h。——探头到水箱底部的高度通过标准杆进行温度和湿度等补偿后，由式(2)可计算出水箱水位H与超声波的速度无关，提高了超声波测距精度。1．1系统硬件超声波液位测量仪硬件构成见图2。图2超声波液位测量仪组成框图W77E58单片机是Winbond公司生产的高速单片机，与传统8052系列单片机相比，其机器周期仅包含四个时钟周期，执行指令速度是8052的1．5～3倍，晶体

7、频率可达40MHz，有三个16位的定时器／计数器。用作定时器时，可对四个时钟周期计数，其定时时钟频率为10MHz，测量时间的分辨率为0．1us。而AT89C52的晶振频率为24MHz，它的定时频率为2MHz，测量的时间分辨率为0．5／zs。因此利用W77E58可提高测量时间的精度。它可以控制超声波发送电路发射超声波，记录超声波从’发射到接收反射回波的时间，从而根据式(1)和(2)计算出探头到液面的高度。1．2超声波发送／接收电路由单片机W77E58的P1．0管脚产生周期为20ms的方波，当P1．0由低变高时，通过高速光耦6

8、N137产生触发脉冲信号，加到发射板晶闸管的控制端上，使发射板上两个晶闸管导通，产生一600V窄脉冲电信号，加到探头的压电晶片上，使其振荡，发出频率为1MHz的超声波。超声波在水中遇标准杆产生第一次反射回波，在气液交界处产生第二次反射回波，两次回波作用在探头上使探头输出50～100mV电信号，且伴随一定