单片机的高精度超声波液位检测系统
基于单片机的超声波水位控制器的设计
基于单片机的超声波水位控制器的设计一、引言在许多工业和民用领域，如水库、水塔、污水处理厂等，准确监测和控制水位是至关重要的。
传统的水位控制方法往往存在精度低、可靠性差、响应速度慢等问题。
随着电子技术和单片机技术的不断发展，基于单片机的超声波水位控制器应运而生，它具有精度高、响应快、易于实现自动化控制等优点，为水位控制提供了一种更加高效、可靠的解决方案。
二、超声波水位测量原理超声波是一种频率高于 20kHz 的机械波，它在空气中传播时遇到障碍物会发生反射。
超声波水位控制器就是利用这一原理来测量水位的。
控制器通过发射超声波脉冲，并测量从发射到接收反射波的时间间隔，根据声音在空气中的传播速度，就可以计算出传感器到水面的距离。
由于传感器的安装位置是固定的，因此可以通过计算得出水位的高度。
三、系统硬件设计（一）单片机选型在本设计中，选用了_____型号的单片机作为核心控制器。
该单片机具有性能稳定、运算速度快、资源丰富等优点，能够满足系统的控制和数据处理需求。
（二）超声波传感器选择了一款高精度的超声波传感器，其测量范围能够满足实际应用的需求，并且具有良好的稳定性和可靠性。
（三）显示模块为了实时显示水位信息，选用了_____显示模块。
它可以清晰地显示水位高度、报警状态等信息，方便操作人员查看。
（四）按键模块设置了按键模块，用于设定水位的上下限阈值，以及进行系统的参数设置和操作控制。
（五）报警模块当水位超过设定的上下限阈值时，报警模块会发出声光报警信号，提醒操作人员及时采取措施。
（六）电源模块为整个系统提供稳定的电源供应，确保系统的正常运行。
四、系统软件设计（一）主程序流程系统上电后，首先进行初始化操作，包括单片机内部资源的初始化、传感器的初始化、显示模块的初始化等。
然后进入主循环，不断地采集水位数据、进行数据处理和判断，并根据判断结果控制显示模块和报警模块。
（二）数据采集与处理程序通过单片机的定时器和中断功能，精确地测量超声波从发射到接收的时间间隔，并将其转换为水位高度。
基于stm32单片机的高精度超声波液位计设计
第 2期 总第 228 期2020 年 3 月浙江水利科技Zhejiang HydrotechnicsNo . 2 Total No . 228March. 2020基于STM32单片机的高精度超声波液位计设计孙 超，吴修广（浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）摘 要：阐述影响超声波测量精度的原因及对策，给出一种基于STM32单片机、高精度超声波液位传感器PICO + 100/WK - I、24位AD采样芯片AD1256的液位计系统设计。
经过率定及验证，在120.0 ~ 1 000.0 mm量程范围内可以实现0.1 mm测量精度。
关键词：STM32；高精度超声波传感器；AD1256；液位计中图分类号：TV131.61文献标识码：A文章编号：1008 - 701X(2020)02 - 0039 - 03DOI：10.13641/ki.33 - 1162/tv.2020.02.012High Resolution Ultrasonic Liquid Level Meter Based on STM32SUN Chao，WU Xiu-Guang（Zhejiang Institute of Hydraulics and Estuary，Hangzhou310020，Zhejiang，China）Abstract：This paper introduces the reasons for affecting the accuracy of ultrasonic measurement，describes a design of aliquid level meter system based on the STM32 MCU with high - precision ultrasonic sensor PICO+100/WK/I and 24 - bit ADchip AD1256. An accuracy of 0.1 mm can be achieved with the range of 120.0 -1 000.0 mm after calibration and verification. Key words：STM32；high resolution ultrasonic sensor；AD1256；liquid level meter液位测量有接触式和非接触式2种，如接触式的浮子型及压力型，非接触式的微波雷达法、激光法和超声波法等。
基于单片机的超声波液位检测系统设计
编号：审定成绩：毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于单片机的超声波液位检测系统设计摘要液位测量及控制广泛应用于工业、生活等领域，由于许多测量环境条件及其恶劣，例如对具有腐蚀性的液体的液位测量。
显然，传统的液位测量设备已不能满要求。
因此，一些基于超声波的非接触式液位测量控制技术应运而生。
本文利用单片机的强大功能，通过硬件和软件的完美结合，设计、实现了一种基于超声波的液位检测控制系统。
系统由液位测量模块、数据显示模块、液位控制模块、超限报警模块和参数设置模块组成，通过HC-SR04超声波测距模块采集数据，经过单片机进行数据处理，然后进行实时液位显示，同时发出液位控制信号和报警控制信号。
最后，对所实现的实物进行了测试。
测试结果表明系统功能符合设计要求，能达到易控制、稳定性强、测量精度高、安全性高、功耗低的预期目的。
【关键词】单片机超声波液位测量液位控制ABSTRACTLevel measurement and control are widely used in the industrial field and other related fields. In the field of industry, many measurement environments are very bad such as the level measurement of corrosive liquids. Obviously, the traditional level measurement devices can not satisfy the requirements. As a result, some control based on the non-contact ultrasonic level measurement technology arises at the historic moment. This paper makes use of the powerful features of the SCM and the perfect combination of software and hardware to design and implement an advanced control system for liquid level measurement based on the ultrasonic measurement. The designed system includes level measurement module, data display module, level control module, limit alarm module, and parameter set module. The system collects data through HC-SR04 Ultrasonic Ranging Module, and then process the data, display the level in real-time and issue level control signal and the warning signal. Finally, the system was tested. The tested results show the system functions can meet the designed requirements, which achieve control easily, high stability, high accuracy, and high security.【Key words】SCM Ultrasonic Level measurement Level control目录第一章绪论 (1)第一节课题的提出和意义 (1)一、课题的提出 (1)二、课题的意义 (1)第二节国内外液位检测控制技术的发展现状 (2)第三节本课题主要研究内容 (3)第二章整体方案设计 (4)第一节方案设计架构 (4)第二节超声波测量技术 (5)一、超声波的定义及特性 (5)二、超声波测距原理 (5)第三节本章小结 (6)第三章硬件设计 (7)第一节单片机的最小系统组成 (7)第二节LCD1602液晶显示模块 (8)一、LCD1602液晶显示简介 (8)二、显示内容 (9)第三节设置模块 (9)第四节报警模块 (10)第五节液位测量模块 (11)一、HC-SR04简介 (11)二、引脚接线方式 (12)三、模块工作原理 (12)第六节液位控制模块 (13)第七节本章小结 (14)第四章软件设计 (15)第一节编译语言与编译思想 (15)第二节软件设计 (15)一、总体设计 (15)二、关键模块程序设计 (16)第三节本章小结 (20)第五章仿真及调试 (21)第一节仿真 (21)第二节系统测试 (22)第三节本章小结 (25)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录 (29)一、英文原文 (29)二、英文翻译 (33)三、源程序 (39)第一章绪论第一节课题的提出和意义一、课题的提出在日常生产生活中，常遇到液位测量及控制问题。
高精度超声波液位测量系统的设计与实现
关键词 ： 高精度 ； 超 声波； 液位测量； 时间增益补偿 ； 数字滤波 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ２—１ ８ ４ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７— ０ ０ ４ ６— ０ ３
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎｄ Ｉ ｍ ｐｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｌｏ ｗ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｃｏ ｎｓ ｕｍ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎｉ ｃ Ｌｉ ｑｕ ｉ ｄ Ｌｅ ｖ ｅ ｌ Ｔｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｏ Ｓ Ｏ ｌ Ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ
３ ０ ０ ４ ０ １ ） （ 河北工业大学信息工程学院 ， 天津
摘要： 文 了一种基 于 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９单 片机 的高精度
低 功耗 超声波液位测 量系统 。该 系统 实现 了硬件 电路 的设 计和软件 算法的开发 。文 中重点分析 了系统组成 、 提 高精确度
的设计方法和实验结果。实验表 明： 在环境 温度为 ２ ５℃的 空旷实验 室 内， 该 系统测量 范围为 ２ ０—１ ５ ０ ０ ｃ ｍ， 测量 精确度 可达 ２ ｍ ｍ． 相 比于其他设计 ， 该 系统有更 高的精确度 ， 并且有较 高的可靠性和 实用性 ， 可以更好地 满足各种 工业现场的需
基于单片机的高精度超声波液位检测系统
基于单片机的高精度超声波液位检测系统
宋继红
【期刊名称】《机电产品开发与创新》
【年(卷),期】2009(0)3
【摘要】介绍一种使用超声波进行液位检测的微机控制系统及其硬件组成和相应软件流程图.为使测量具有较高的精度,系统在测量方式上采用在容器底部放置超声波探头的回波检测法,使超声波在液体中来回传播以稳定超声波传播速度.该系统由脉冲发射电路,变增益接收电路,温度补偿电路和相应的控制电路组成.
【总页数】3页(P148-149,147)
【作者】宋继红
【作者单位】长春大学,电子信息工程学院,吉林,长春,130022
【正文语种】中文
【中图分类】TP39
【相关文献】
1.非接触式超声波液位检测仪系统中的单片机应用 [J], 王海军;鲍帮玉
2.基于单片机的超声波液位检测系统设计 [J], 鲁可;张晓东;马宏旭
3.基于混沌振子的高精度超声波液位检测 [J], 高丙坤;张驰;杨帆
4.基于单片机的超声波液位检测系统设计 [J], 马莹;郑文斌
5.基于单片机的高精度超声波液位检测系统 [J], 李春玲
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基于单片机的超声波液位检测系统设计
为２ ． ５ ％和 １ ． ２ ５ ％，这样 的精度 能够 满足实际需求 ，达到 了预期 目标。该系统具有测量准确 、功耗低 、使用寿命长等特点 ，可 以
满 足一般 的工业 需要 。 Nhomakorabea关键词 ：液位检测 ；超 声波 ；单片机
中图分 类号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９—９ ４ ９ ２（ ２ ０ １ ４）０ ８ —０ ０ １ ３ —０ ４
摘要 ：为解决腐 蚀性液体 的液 位测量 中电极特别 容易被 电解腐 蚀的问题 ，将超声 波技术应用到工业生 产液 位或物料的检测 中。 以Ａ Ｔ ８ ９ Ｓ ５ ２ 单 片机 为核心 ，建立超声波测得距离 和声速 与传输 时间之间的关系 ，提 出通过硬件 电路设计 和软件编程实现对液位 高度 的检测的方法 ，进行 了超声 波测距在 ２ ０ ｃ ｍ和 ８ ０ ｃ ｍ两种距离 的试 验。 由于超声波受 温度的影 响较大 ，采 用温度传感器对 温度进行测量 ，根据公式进行温度补偿 ，并设计 了报警 模块 ，当温度过高时进行报警 。结果表 明 ， 超声波测距 的相对误差分别
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ ｖ ｕ ｌ ｎ ｅ ｒ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｉ ｑｕ ｉ ｄ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｅ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｌｉ ｑ ｕ ｉ ｄ Ｌｅ ｖ ｅ ｌ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍ ＣＵ
基于单片机的超声波液位检测系统设计
基于单片机的超声波液位检测系统设计作者：马莹郑文斌来源：《海峡科学》2007年第10期[摘要] 介绍了利用AT89C51单片机控制的超声波测距系统的原理。
给出了系统构成,并在数据处理中采用了温度补偿修正。
此系统具有易控制、工作可靠、测量精度高的优点，可实时监控液位。
[关键词] 单片机超声波测距温度补偿1 引言在许多工业生产系统中，需要对系统的液位或物料位进行监测，特别是对具有腐蚀性的液体液位的测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电脉冲来检测液面，电极长期浸泡在液体中，极易被腐蚀、电解、失去灵敏性，因而对测试设备的抗腐蚀性要求较高。
超声波液位检测系统，利用了超声波传感技术的原理，采取一种非接触式的测量方法，能够实现对工业系统中液位或物料位的检测；而且超声波具有很好的指向性和束射特性，人耳听不见，一般不会对人体造成伤害,检测工程方便、迅速、易做到实时控制，而且测量精度又能达到工业实用的要求，所以有广泛的应用前景。
2 超声波测距原理所谓超声波就是指频率高于20kHz的机械波，一般由压电效应或磁致伸缩效应产生；它沿直线传播，当频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强；它还具有强度大、方向性好等特点，为此，利用超声波的这些性质就可制成超声波传感器。
超声波传感器是利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应研制而成的传感器。
超声波传感器按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等[1]，其中以压电式最为常用。
压电式超声波传感器常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，它是利用压电材料的压电效应来工作的：逆压电效应将高频电振动转换成高频机械震动，从而产生超声波，可作为发射探头；而正压电效应是将超声波振动转换成电信号，可作为接收探头。
超声波测距的原理主要是由超声波传感器的发射探头发射超声波,当超声波遇到障碍物时,会被反射,利用单片机记录超声波发射的时间和接收到回波的时间,根据当前环境下超声波的传播速度,即可通过公式S=C*[T/2](S为被测距离,C为空气中声速,T为回波时间,T=T1+T2)计算出超声波传播的距离,也就得到了障碍物离测试系统的距离。
单片机的超声波液位测控系统设计方案
毕业论文< 设计）基于单片机的超声波液位测控系统设计摘要本设计从现代化计算机控制技术入手，利用单片机的强大智能功能，通过完整的软件与硬件的结合，阐述了一种先进液位测量系统。
根据超声波传感器的特点，设计出一套适合实验室条件下的液位测量设备，主要通过单片机、超声波传感器测量锅炉液位。
本次设计选择的电器设备有单片机、超声波传感器，D/A 转换器等，设计硬件控制流程图、控制电路图以及软件中的主程序流程图。
通过系统模拟实验表明：该系统设计合理，自动化程度高，实验过程时间短，工作稳定可靠，基本满足了设计的相关要求。
关键词：液位测量；单片机；超声波传感器ABSTRATThis desig n obta ins from the moder ni zati on computer con trol tech no logy, using mon olithic in tegrated circuit's formidable in tellige nt fun cti on, through the complete software and hardware's union, elaborated one kind of advaneed fluid position measurement system.Accord ing to ultras onic sen sor's characteristic, desig ns a set to suit un der the laboratory con diti on the fluid positi on measureme nt equipme nt, mainly through mono lithic in tegrated circuit, ultrasonic sensor survey boiler fluid position. This design choice's electric appliance equipment has the monolithic integrated circuit, the ultrasonic sensor, the D/A switch and so on, desig ns in the hardware con trol flow chart, the con trol circuit diagram as well as software's master routine flow chart. Indicated through the system simulation experiment: This system design is reasonable,the automaticity is high, the experiment processtime is short, work stable reliable, has satisfied the design related request basically.Key words Fluid positi on survey。
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开始
二王
工初始化
开蜀中敝
调按键控制子程序，读入按键
调数据处理子程序，根据按 键状态进行相盛数握处理
调显示控制予程序
保护现场
毒
疆滚次耋睁ｌ
●
Ｉ
用Ｐ１．２屏蔽３次以上回波
＋
南恢复瑗臻
图２ ４０１７工作波形图
黧３主程序流程
圈４外部玳Ｔｏ中断服务程痔流程
２软件设计
软件编程采用模块化设计，主程序主要完成耀关硬件的初始化工
ＬＩ Ｃｈｕｎ－ｌｉＩｌｇ （Ｄ印ａｍｎｅｎｔｏｆＳｃｉ∞ｃｅ．ＣｕｌｔｌＩｒｅ，Ｎ觚ｃｈ姐ｇＭｉｌｉｔａＩｙＡｃａｄｅｍｙ Ｎ蛐ｃｈ锄ｇ ３３０１０３）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐ印ｅｒ ｍｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｓｉＩｌｇｌｅ—ｃｈｉｐ－ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｓｕｐｅｒｓＯｎｉｃ－ｗａＶｅ ｎｕｉｄ· ｓｕ—’ａｃｅ＿ｈｅｉｇｈｔ ｍｅａＳｕｒｅｍｅｎｔ ａＩｌｄ ｔ１１ｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａ１１ｄ ｔＩｌｅ ｓｏｆｈｖａｒｃ ｎｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｔｌｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ跚ｓｔｅｍ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｍｅａＳｕｒｅｍｅｎｔ， ｔ１１ｅ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ．ｗａｖｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｓｅｔ ｕｎｄｅｒ ｔｌｌｅ ｃｏｎｔａｉｌｌｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ—ｗａＶｅ ｓｔａｂｌｅ．Ａｎｄ ｍｅ ｍｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ８２５４ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉＩｌⅡｌｅ ｓｙｓｔｅｌｌｌ，ｉｔＳ ＣＬＫ ｉｓ ｐｒｏＶｉｄｅｄ ｂｙ孤ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｂｉｌｉ雠Ｔｈｅ ｍｅａＳｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｍｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｒｅａｃｈｅｓ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ．
万方数据
第３期
李赛玲：基予单片祝的高精发怒声波滚位检测系统
３７３
４０１７的ＣＰ端，工作波形如图２所示，Ｑｌ在发射波与一次回波间为高电平，将其连入８２５４的Ｇ御限０，故定时／ 计数器蜀对廒发射波与一次回波间的传播时间；羼理五对应回波】与回波２的时间；是对于回波２与回波３的 时闾。理论上这３个时间摆等。 １．３显示电路
本系统采用ＬＣＭ０６ｌＡ低功耗液晶显示器，它有６个ＬＣＤ字符，显示液位高度以ｃ激为单位，测标准试块
得到酶速度以越为单位，显示油茧以蠹为单短，著熏显示器上的三麓符热以区分。该显示爨最大的特点
采用串行控制方式，共有ｌＯ个引腿，简单使用必需单片机控制其３个引腿，故占用单片机的资源少。系统 用单片机的Ｐ１．３形成ＬＣＭ０６ｌＡ的读信号，Ｐ１．４形成ＬＣＭ０６１Ａ的写信号，Ｐ１．５形成串行输出命令与数据。
电子科技大学学报
第３５卷
管是查询发射波与回波，还跫由之触发单片规中断再遥避软件疟停定时器均需要一定的时闻（中断方式误差 相对要小）；（２）单片机的时间分辨率不是太高，如晶振频率为１２ ＭＨｚ，时间分辨率为ｌ泌。而引入８２５４可 大大提高测量精度，它用发射波与回波形成的ＧＡＴＥ信号直接启停８２５４的定时器，同时８２５４具有更高的工
中传播存在多次回波。回波经超声波接牧电路处理后送入由Ⅸ３１９组成麴限幅整形邀路，形成单片梳霹以
直接接收的信号。 片机由外部中断ＩＮＴ０引入回波，记录回波的个数，３个回波质由Ｐ１．２屏蔽其余回波信号。实际上由于
装液体的容器存在一定豹整厚，第１个回波是在固产液界面产生的，若记录下来，测褥的是壁厚聪不是液位 的高度，故在由Ｐ１．１发出单脉冲后，先由Ｐ１．２屏蔽掉第１个回波。为准确测量超声波来回传播一次所需时间， 单片机通过地址锁存器７４ＬＳ３７３扩展一专用的可编程定时／计数芯片８２５４来计时Ｉ，】，每次发送单脉冲发射波 前，摹片祝根据收到回波的个数读取８２５４ ３个定时崩‘数器的菹，再进行数据处理，褥到液位酶高度，并霹 根据油罐的类型用查表的方法换算为油量的多少。单片机的Ｐ２．０～Ｐ２．３为系统所需４个按键的读入信号， Ｐ１．３～ｐ１．５控制液晶显示器。 １．２计时电路
本文设计的系统已通过调试，运行正常，达到设计要求。
参考文献 【ｌ】邱瑞昌．姜久眷．泊车用超声波测距仪的研制明．电子产品世界，２００ｌ，（９）：１１． 团胡汉广．单片机原理及其接嚣技术瞰】．北京：涛华火学出版社，１９９９． 擎】陈竞农．单冀微鬣诗算机原联与接嚣技术瑟闼。武汉：争孛理王火学虫毅茌，１９势．
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第３５卷
２姚多
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螟整形逛路Ｈ超声波接收电路
图ｌ信号控制处理电路
超声波液位检测有脉冲回波法、共振法、频差法以及声衰减法等，其中应用较广的是脉冲回波法。其 基本工作原理是：脉冲信号激励超声波发生器产生超声波，超声波通过介质传到两种不同介质的分界面， 形成反射波，反射波再经介质传回超声波接收器，接收器将超声波信号转换成电信号，然后根据超声波从 发射到接收所需的时间及超声波在介质中传播速度来计算出液位的高度。本文针对一些小型油料储运设备 如油罐车液位的检测，设计了一种基于单片机的高精度超声波液位检测系统。
第３５卷第３期 ２００６年６月
电子科技大学学报 Ｊｏｕｍａｌ ｏｆＵｈｉｖｅｒＳｉｔｙ ｏｆＥｌｅｃ仃ｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａＩｌｄ Ｔｅｃｌｌｎｏｌｏ科ｏｆＣｈｉｎａ
Ｖ０１．３５ Ｎｏ．３ ＪＩｌｌｌ．２００６
基于单片机的高精度超声波液位检测系统
李春玲
（南昌陆军学院科文教研室南昌３３０１０３）
在软件算法上减少舍去误差。系统测量精度可准确到厘米．
关键词超声波；单片机；液位检测；高精度
中图分类号ＴＰ２７３
文献标识码Ａ
Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｃｉｓｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ－ＷａＶｅ Ｆｌｕｉｄ—Ｓｕｒｆａｃｅ— Ｈｅｉｇｈｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ·Ｃｈｉｐ—Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ
１馒仵砹计
系统主要由超声波检测电路及以单片机为核心的信号控制处理电路组成。 超声波检测电路又包括超声波发射驱动电路与超声波接收电路。由于采用单脉冲信号触发探头起振， 为保证最小测量值，单脉冲信号宽度约３０邺，为使信号具有一定的功率，超声波发射驱动电路将单片机形 成的单脉冲触发信号幅度提升到３５ Ｖ左右。超声波接收电路的主要功能是将接收到的微弱回波信号放大并 具有一定抗干扰能力，它主要由一个衰减器、两个放大器和一个射极跟随器构成【ｌ】。衰减器的作用是保护 后续放大电路的正常工作和起到一定的抗干扰作用。两个放大器总的放大倍数大约可达６０ ｄＢ左右。信号控 制处理电路如图１所示。
计数器由Ｃ淡ｒＥ０～ＧＷ腿２门控信号分别控制，（淤胍为高电平期间工作。 ２ ＭＨｚ的多谐振荡器为８２５４的蒸准时标，放８２５４最小时间分辨率为Ｏ。５炳，对应于趣声波传播的距离约
０．７搬ｎ。ＣＣ４０１７是一个十进制诗数份频器，也称为环形计数器，弓｜入ＣＣ４０１７是为了形成８２５４的ＧＡ骶！ｆｌ
控信号，确保备次回波在液体来回传播的周期内＠玎Ｅ为高电平，故将回波引入单片机的ＩＮＴ０的同时引入
１．１控单制片核机心电采路甩筒鹊Ｃ５２单片机翻，其志部巍带８磁溯鹾，Ｐｌ。◇耀于复位４Ｑ１７，Ｐｌ。ｌ由编程实现每４０藏嚣
产生一宽度约为３０ ｐｓ的单脉冲发射波，发射波经超声波发射电路驱动探头发出超声波，探头放置在被测对 象底部，超声波向上传播经液／气界面产生回波，回波经液／固（容器壁）界面再次向上传播，故超声波在液体
作，并根据按键状态对数据进行运舞并显示，如图３所示；辨帮雨两中
断服务程序主要记录回波次数，超过３次以上的回波给予屏蔽，如图４所 承：内部％中断服务程序每４０ ｍｓ中断一次，主要形成宽度约３０斗ｓ的单 脉冲发射波势读入所测时闻，如图５所示；另乡｝３个主要子程痔必：显示 控制子程序、按键控制子程序和数据处理子程序。
编辑漆蓉
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３实验结果
当改变信源为教育信息时，本系统可以有效地为远程教育服务，通过有线电视或卫星传输，能使人们 在没有互联网的高山、荒原、海底享用信息，接受教育。本文的实验有良好的平台移植性，通过了局域网 帮ＤＶＢ《平台的验证。经测试，对２６氧偿的网始内容自动耩雩｜，生成熬标弓｜倍息库为１２０圣￥，占４．５％，平 均用时６７ ｓ，且标引信息的生成不占发送时间，证明本文的实验效率较高。用户端利用标引信息中的ＰＩＤ和 Ｓｕｂｊｅｃｔ．．ｃｏｄｅ字段在物理层控制选择接收，缓解了用户计算机的工作量。经过多次实验，用户端都能灵活控 制著正确无误地接收信惠。
收稿日期：２００６—０２—２３ 作者简介：李春玲（１９６７一），女，硕士，副教授，主要从事单片机电路设计方面的研究．
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电子科技太学学报
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作频率，时闷的分辨率更衰，系统采用２ Ｍ隧魄＿Ｉ作频率。２）８２５４蠡冬时标信号由２ Ｍ｝差Ｚ熬多谐振荡器产生，
其振荡频率的稳定性至关重要，电路为由晶振组成的多谐振荡器，振荡频率的稳定性好。３）在软件上进行 相应处理，８２５４三个定时器同时工作，当只有～次回波时，液位较高，系统仅读入死时间：当有两次回波 时，系统读入磊、夏，毙较两者豹差，超过一定范围时，舍去该组数据，否煲｜ｌ保存五：当有三次透波时， 液位相对较低，系统读入霸、疋并比较，正常时，取五、疋均值。每形成一次发射波，更新一次测量数据， 以实现液位变化的动态显示。同时在由所测时间换算为液位时采用如下计算方法：将实测时间值乘以１０ ｅｍ（标瞧试块褰）再除以测标准试块时酌时闫值，若直接采焉时间乘以速度的算法，运算过程麴豳含五入将 引起较大的误差，原因在于超声波传播很快（ｋｎ以以上），时间上小的舍入反应在距离上会有大的误差。