1、 学士学位毕业设计（论文） 超声波液位仪的设计 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 所在学院：所在学院： 专专 业：业： 目 录 摘 要 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 ABSTRACT . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 前 言 . 错误错误! !未定义书签。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
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 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、 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
4、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。与激光测距、微波测距 等测量方法相比，由于超声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波，时间 测量精度的要求也远小于激光测距、微波测距等，因而超声波液位仪电路结构简 单，造价低廉，容易设计，且超声波在传播过程中不易受烟雾、空气能见度等因 素的影响，在各个场合均得到广泛应用。然而超声波液位仪在实际应用中也有很 多局限性会对测量数据的精确度造成一定的影响。诸如，环境温度、风速等，使 其无法达到要求。如何解决这些问题，
5、提高超声波液位仪的精度，具有较大的现 实意义。 目前，市场上的超声波液位仪多数采用单片机作为对液位仪控制和运算的核 心，系统的硬件设计决定着测量结果的精度。本文在对超声波传播特性研究的基 础上，设计了基于单片机的超声波液位仪的硬件系统和软件系统，并对硬件和部 分软件分别进行了相关的调试。硬件设计的总体目标是力求在结构简单、成本合 理的前提下，尽量完善其功能。由于超声波液位仪需要测量十几米距离，因此， 针对超声波在传播时呈指数衰减的特性，我们采用了最大限度提高驱动能力、对 回波进行多级放大等措施，扩大了测量范围。本设计运用单片机系统控制超声波 的发射、接收、温度测量以及其它的各种功能。 在软件设
6、计中，我们采用模块化程序设计思想，将软件主要分为超声波驱动与 数据处理模块。这有利于软件的调试和修改。因为对计算的精度要求较高，所以 本设计采用温度补偿和数字平均滤波的方法提高计算精度。另外，对设计过程中 发现和存在的一些问题从软、硬件两方面 ，分析了原因并提出了一些解决的 措施和改进的办法，为研制更加完善的超声波液位仪打下了基础。 1.1.2 超声波液位仪的现状 经过不断的努力和探索， 科技工作者己开发出了种类繁多、 各具特色的液位仪。 尤其是近二十年来，随着微处理器的引入，测量仪表更是发生了革命性的变化。 液位仪的量程从几米到十几米，测量精度亦大大提高。根据液位测量所涉及的液 体存储容器、被测介质以及工艺过程的不同，选择不同类型的液位仪。在进行液 位测量前，必须充分了解液位测量的工艺特点，以此作为液位仪设计过程中的参 考因素 5。 目前，进口的智能化超声波液位仪能够对接收信号做精确的处理和分析。可以 将各种干扰信号过滤出来， 识别多重回波;分析
