超声波液位测量计的设计课件

学士学位毕业设计（论文）超声波液位仪的设计学生姓名：指导教师：所在学院：专业：目录摘要............................................................... 错误！未定义书签。

ABSTRACT ...........................................................错误！未定义书签。

前言............................................................... 错误！未定义书签。

1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.1.1 超声波液位仪的研究背景与内容 (1)1.1.2 超声波液位仪的现状 (1)1.2 论文研究内容 (2)1.2.1 研究内容 (2)1.2.2 论文的章节安排 (3)2 超声波的液位测量原理 (5)2.1 超声液位仪理论基础 (5)2.1.1 超声波介绍 (5)2.1.2 超声波探头的结构和原理 (5)2.1.3 T/R40-16 超声波探头 (7)2.1.4 传感器的指向角Θ (8)2.2 超声波液位仪工作原理 (9)2.2.1 超声波液位仪工作原理 (9)2.2.2 测量盲区 (10)2.3 本章小结 (11)3 硬件总体设计 (12)3.1 超声液位仪总体设计 (12)3.2 单片机电路 (14)3.2.1 复位电路设计 (15)3.2.2 电源电路设计 (16)3.2.3 时钟振荡器 (17)3.3 发射电路 (18)3.4 接收电路 (19)3.5 液晶显示电路 (20)3.6蜂鸣报警电路....................... (21)3.7对电路板进行合理设计 (23)3.8 本章小结 (25)4 系统软件设计 (26)4.1 软件总体设计 (26)4.1.1 软件设计流程图 (26)4.1.2 主程序结构流程图 (27)4.1.3 回波接收流程图 (29)4.1.4 中断程序流程图 (29)4.1.5报警系统子程序 (30)4.2本章小结 (39)5 实验结果分析及改进 (40)5.1实验结果分析 (40)5.2误差分析及改进措施 (47)5.3 本章小结 (48)6 结论与展望 (48)总结 (49)参考文献 (49)致谢 (55)附录一：超声波液位计电路原理图 (55)附录二：超声波液位仪PCB板图 (55)附录三：程序清单 (55)第一章绪论1.1 课题背景1.1.1 超声波液位仪的研究背景与内容超声波液位仪作为一种典型的非接触测量仪器，在很多场合有广泛的应用，诸如工业自动控制，建筑工程测量和水面高度测量等方面。

推出：故被测量液体的液位：Ｈ＝Ｈｏ－ｈ－ｄ上式中：Ｈ是被测量液体的液位；Ｈｏ是超声波传感器到容器底部的距离；ｈ是超声波传感器到浮子顶部的距离，通过测量的时间计算其值；ｈｏ是超声波传感器到校准环的距离，可根据最高液面调整校准环的高度；ｄ是浮子顶面到液面的距离。

由此可见，测量时与超声波的速度无关，不存在因温度，湿度，气压影响超声波的速度给系统带来的误差。

该系统要实现其功能和减少系统误差，装置必须满足以下要求：其一，测量管的底部与被测液体连通，便于被测液体进入测量管；其二，浮子的密度必须小于被测液体的密度，且浮子具备抗腐蚀性；其三，校准环和浮子应选有利于超声波反射的材料；其四，测量管采用抗腐蚀性强的不锈钢材料。

超声波液位测量系统设计阳华忠 孙传友 长江大学电信学院 ４３４０２３１　引言目前，超声波技术发展迅速，不断渗透到各个领域，如在军事、医疗、测绘等方面都有广泛的应用。

液位的测量和控制也是日常生活中一个重要的领域，液位的测量方法有很多。

例如：差压法测量液位，电容法测量液位，温度补偿超声波法测量液位等等。

但采用这些方法会因恶劣的环境和液体密度的变化给测量带来较大的误差，因某些液体具有腐蚀性而腐蚀测量装置。

针对上述问题，本设计提出了基于浮子的参比法，由ＳＰＣＥ０６１Ａ凌阳单片机，ＬＭ１８１２超声波专用集成芯片相结合的方法，解决上述问题。

本系统可靠性高，适用性强，精度高。

２　参比法液位测量原理参比法其原理是利用超声波换能器发出的超声波脉冲，通过气介质传播，在密度变化较大的界面处形成反射回波传到换能器并将其接收。

若测出超声波从发射到接收的时间，就可以精确地计算出被测液体的液位。

其原理如图１，当超声波发射后，接收超声波的传感器就会依次接收到两束回波信号，一束回波是在校准环处产生的，测量的时间为Ｔｏ。

另一束回波是在浮子处产生的，测量的时间为Ｔ。

浮子随被测液体的液位变化而变化，超声波在浮子以上的气介质中传播。

由于在相同的环境中工作，超声波到校准环和到浮子顶面的速度相等。

《单片机原理及应用》课程设计报告书课题名称超声波液位检测仪姓名学号专业指导教师机电与控制工程学院年月日任务书一、课题名称超声波液位检测仪的设计与制作二、设计内容及要求ﻩ１、以单片机为核心，设计一个液位检测系统2、测量数据由液晶显示ﻩ3、系统要有一定的可靠性和一定的测量精度目录1、绪论 (1)2、方案论证 (2)３、方案说明……………………………………………………………４４、硬件方案设计………………………………………………………８5、软件方案设计………………………………………………………１26、调试 (22)7、技术小结 (23)8、参考文献……………………………………………………………２４1、绪论随着各行业的快速发展,液位测量已应用到越来越多的领域,不仅用于各种容器、管道内液体液位的测量,还用于水渠、水库、江河、湖海水位的测量.这些领域使用传统的液位测量手段已经无法满足对其精确性的要求，所以超声波液位测量这种新的测量方向已经成为一种新的手段被广泛的应用.在目前市场上，按测量液位的感应元件与被测液体是否接触，液位仪表可以分为接触型和非接触型两大类。

接触型液位测量主要有:人工检尺法、浮子测量装置、伺服式液位计、电容式液位计以及磁致伸缩液位计等。

它们的共同点是测量的感应元件与被测液体接触,即都存在着与被测液体相接触的测量部件且多数带有可动部件。

因此存在一定的磨损且容易被液体沾污或粘住，尤其是杆式结构装置，还需有较大的安装空间，不方便安装和检修。

非接触型液位测量主要有微波雷达液位计、射线液位计以及激光液位计等．顾名思义,这类测量仪表的共同特点是测量的感应元件与被测液体不接触。

因此测量部件不受被测介质影响,也不影响被测介质，因而其适用范围较为广泛,可用于接触型测量仪表不能满足的特殊场合，如粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶的介质.超声波液位测量计就属于非接触型液位测量的一种,所以它也有不受被测介质影响,不影响被测介质,能适应粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶、高温、高压、低温、低压、有辐射性、毒性、易挥发易爆等特殊介质的测量的特点，能适应的范围比其它的测量手段更广泛.本次课程设计，将对超声波液位检测系统进行介绍。

一、用途与量水堰槽配合使用，测量明渠内水的流量。

主要用于测量污水厂、企事业单位的污水排放口、城市下水道的流量及灌渠等。

由于本公司仪表采用超声波穿过空气，以非接触的方法测量。

因此在粘污、腐蚀性液体情况下，比其他形式的仪表，具有更高的可靠性。

二、原理说明本系列仪表直接测量的物理量是液位。

用于明渠测流量时，在明渠上安装量水堰槽。

量水堰槽把明渠内流量的大小转成液位的高低。

仪表测量量水堰槽内的水位，再按相应量水堰槽的水位—流量关系反算出流量。

1、超声波测液位原理发射超声换能器发射出的超声脉冲，通过传播媒质传播到被测液面，经反射后再通过传声媒质返回到接收换能器，测出超声脉冲从发射到接收在传声媒质中传播的时间。

再根据传声媒质中的声速，就可以算得从换能器到液面的距离。

从而确定液位。

因此我们可以计算出探头到反射面的距离D ＝ C*t/2(除2是因为声波路径要往返的原因，D是距离，C是声速，t是时间）。

再通过减法运算就可得出液位值。

2、量水堰槽的测流量原理流通顺畅的明渠内流量越大，液位越高；流量越小，液位越低（如图2.1）。

通过测量水位可以反算出流量。

普通明渠内流量与水位之间的对应关系，受渠道的坡降比和表面的糙度影响。

在渠道内安装量水堰槽，产生节流作用，使明渠内的流量与液位有固定的对应关系，这种对应关系主要取决于量水堰槽的构造尺寸，渠道的影响减小至最小。

图2.1 量水堰槽把流量转成液位常用的量水堰槽有，直角三角堰、矩形堰和巴歇尔槽（如图2.2）使用超声波明渠流量计，安装时必须知道配用量水堰槽的水位-流量对应关系。

量水堰槽的水位-流量关系可以从国家计量检定规程《明渠堰槽流量计》JJG711-90中查到。

本说明书摘抄了一部分（第六、量水堰槽）。

巴歇尔槽知道了喉道宽度b，就可以用相应的公式算出水位-流量对应关系。

直角三角堰和矩形堰也有相应的公式。

但是还与按装的渠道尺寸有关。

确定水位-流量关系时，三角堰与渠道宽B、开口角度、上游堰坎高度p有关；矩形堰与渠道宽B、开口宽b、上游堰坎高度p有关。