超声波液位检测技术文档V1.3.0

福州甲子信息科技有限公司 1 超声波油箱液位检测仪 ——技术方案设计书V1.3.0 福州甲子信息科技有限公司

2 第一章 绪论

1.1背景技术 超声波油箱液位检测仪，省去了过去传统的油杆来标记油箱液位的高度,传统液位显示需要定制油杆。相对传统测液计其灵活性好,经济性好、可靠性高、智能提醒、维护使用方便等特点，应用于柴油机油箱。然而超声波油箱液位检测仪在使用过程中存在着以下问题：1、超声波测液位有一定的盲区和测量最远距离；2、超声波探头的防水、防油；3、超声波探头测量有一定夹角，油箱太深时可能会误测。

1.2需求分析  参数显示 油箱液位高度  报警控制 油箱满时报警 油箱空时报警  软件功能 油箱满时输出低电平信号 油箱空是输出低电平信号 输出电阻信号 读取油箱高度 盲区处理 福州甲子信息科技有限公司

3 1.3设计目标

 可以根据实际的油箱高度进行标定高度(在初次使用时按下按键进行读取高度设定为空油箱高度存入EEPROM里。)  液面高度显示(使用10个LED亮灭显示油箱里的油量，按照油箱的高度十等分显示。) 表1 LED显示与油箱液面的高度百分比关系 亮灯数 显示百分比 1个LED 10% 2个LED 20% 3个LED 30% 4个LED 40% 5个LED 50% 6个LED 60% 7个LED 70% 8个LED 80% 9个LED 90% 10个LED 100%

 智能报警（在添加油时液面高度达到95%BEEP连续响60S,当液面用到低于5%BEEP每隔2S响一下。）  智能输出提醒（设计有两个输出提醒信号接口，一个当油箱低于5%的时候会输出低电平信号提醒，另一个当高于95%的时候也会输出低电平信号提醒。）  输出电阻信号给控制器（采用X9C102S数字电位器，可以根据液位的百分比进行输出实时液位相对应的电阻值，输出阻值范围200~400Ω，当油箱为空时输出的阻值为400Ω，当油箱为满的时候输出阻值为200Ω，根据油箱液位的高度呈线性关系。）  使用油箱高度范围0.05m-0.6m  12/24V电源供电 福州甲子信息科技有限公司 4 1.4设计原则

 统一规划，统筹安排，降低库存种类。  响应高效性：实时显示当时液面高度，满和空报警。  高内聚、低耦合的分层设计思想  采用合适的编程工具和成熟技术达到开发效率与系统性能的平衡

1.5设计特色  超声波油箱液位检测仪与传统液位测量相比无需定制，根据油箱智能标定测量高度。  LED直观显示液面高度。  油箱空和满时，智能报警。  油箱空时，输出低电平信号。  油箱满时，输出低电平信号。  根据油箱的当前液位实时输出电阻信号给控制器。  盲区的处理,对于超声波的盲区程序修补,使超声波达到测量无死区,测量更准确、精度更高。 福州甲子信息科技有限公司

5 第二章 总体方案设计

2.1 MCU管脚定义

图1 MCU管脚定义 2.2硬件框图

微控制器LED液面高度显示

按键设置油箱高度

蜂鸣器报警电源

超声波液位测量输出电阻信号

输出油箱空或满时低电平信号

图2 超声波油箱液位检测仪硬件框图 以微处理器为控制中心，按键设置油箱高度，LED显示液位高 福州甲子信息科技有限公司 6 度，满和空油箱报警并输出信号，根据液位输出电阻信号；液位高度

通过超声波探测器输入到微控制器中进行数据采集；微处理器控制LED灯可以提示油箱液位的高度。

2.3面板设计 福州甲子信息科技有限公司

7 第三章 测试

3.1 测试数据 测量油箱高度为200mm的相对应测量值： 油箱高度（mm） 液面高度(mm) 测量阻值(Ω) 液面高度百分比(%) LED亮灯盏树(个) 200 5 403 2.5 0 200 10 403 5 0 200 15 392 7.5 0 200 20 392 10 1 200 25 382 12.5 1 200 30 382 15 1 200 35 372 17.5 1 200 40 372 20 2 200 45 361 22.5 2 200 50 361 25 2 200 55 351 27.5 2 200 60 351 30 3 200 65 340 32.5 3 200 70 340 35 3 200 75 330 37.5 3 200 80 330 40 4 200 85 320 42.5 4 200 90 320 45 4 200 95 320 47.5 4 200 100 310 50 5 200 105 310 52.5 5 200 110 299 55 5 200 115 299 57.5 5 200 120 289 60 6 200 125 289 62.5 6 200 130 278 65 6 200 135 268 67.5 6 200 140 258 70 6 200 145 258 72.5 7 200 150 247 75 7 200 155 247 77.5 7 200 160 237 80 7 200 165 237 82.5 8 福州甲子信息科技有限公司 8 200 170 227 85 8 200 175 227 87.5 8 200 180 216 90 8 200 185 216 92.5 9 200 190 206 95 9 200 195 206 97.5 10 200 200 206 100 10 输出电阻值

液面高度 图3 200mm液面高度与输出电阻关系折线图 测量油箱高度为100mm的相对应测量值：

油箱高度（mm） 液面高度(mm) 测量阻值(Ω) 液面高度百分比(%) LED亮灯盏树(个) 100 5 403 5 0 100 10 403 10 1 100 15 382 15 1 100 20 382 20 2 100 25 361 25 2 100 30 361 30 3 100 35 340 35 3 100 40 340 40 4 100 45 320 45 4 100 50 320 50 5 100 55 299 55 5 100 60 299 60 6 100 65 278 65 6 100 70 278 70 7 100 75 257 75 7 100 80 257 80 8 100 85 237 85 8 福州甲子信息科技有限公司 9 100 90 237 90 9 100 95 216 95 10 100 100 216 100 10 输出电阻值

液面高度 图4 100mm液面高度与输出电阻关系折线图

3.2 测试高低电平输出和蜂鸣器报警 a. 当液面高于95%时，MCU_DIGTAL_HIGH口会输出低电平信号 b. 当液面低于5%时，MCU_DIGTAL_LOW口会输出低电平信号 c. 当液面高于95%时，蜂鸣器报警20S后停止报警，再次报警需要液面低于80%后达到95%才会报警（为了防止液面抖动和下降时液面变化而进行报警）。 d. 当液面低于5%时，蜂鸣器一直以每隔2S响一声报警，直到液面高于5%。 福州甲子信息科技有限公司

10 第四章 开发环境 4.1硬件环境 超声波油箱液位检测仪 4.2开发工具 Alitium Designer 09 Keil uVision3 stc-isp-15xx-v6.67B

4.3实验室环境  万用表一个  20G数字示波器一台  APS3005Si可调开关电源  模拟油箱 福州甲子信息科技有限公司

11 第五章 关键问题的解决方法

5.1 X9C102 5.1.1 X9C102S工作原理 输入控制、计数器和译码部分；非易失性存储器以及电阻阵列。输入控制部分的工作就像一个升/降计数器。这个计数器的输出被译码而接通一个单接点的电子开关，以便把电阻阵列上的一个点连接到滑动输出端。在适当的条件下，计数器的内容可以储存在非易失性存储器中并以便今后使用。电阻阵列包含99个单独的电阻，串联地连接。在二个端点以及每个电阻之间都有一个电子开关，可将该点的电位传输到滑动端。 INC、U/D和CS三个输入端控制滑动端沿着电阻阵列移动。只有CS置底，X9C102被选中，才能使U/D和INC输入端接受信号。在INC输入端由高至低的变化将增加或减少一个7位计数器的值。这个计数器的输出被译码，进行一百选一的操作，使滑动端的位置沿电阻阵列移动。 当滑动端位于任一固定端点时，就像等效的机械滑动端那样，不会移到超出终端位置。即：当计数器达到一个极端时，不会循环回复位（当计数器达到全“1”时不会跳到全“0”）。 只要当CS转变为高而这时INC输入端也是高时，计数器的值即被储存在非易失性存储器中。当X9C102被断电，最后储存的计数器状态将被维持在非易失性存储器中。当电源恢复时，存储器中的内容被调用，因而计数器被设置到上一次存储的值。

5.1.2 模拟特性参数 (1)电气特性 二点端点是电阻的容差 ±20% 25℃时的额定功率 16mW 滑动端电流 ±1mA(最大) 典型的滑动端电阻 40Ω(1mA时) (2)分辨率 电阻 1% (3)滑动端的可调整性 无限制滑动端调整(非储存工作) 滑动端位置储存工作 10000次数据变化