呂珊珊（永城職業(yè)學(xué)院,河南永城476600）

基于單片機(jī)的超聲波高壓密閉容器的液位測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

呂珊珊
（永城職業(yè)學(xué)院,河南永城476600）

常需要精確地測(cè)量在化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中的密封容器內(nèi)的液體的液位，但是具有易爆炸性的、易揮發(fā)性的、強(qiáng)腐蝕性的、有毒性的液體一般，有相應(yīng)的難度對(duì)于它們的液位的檢測(cè)。現(xiàn)設(shè)計(jì)一套主要通過(guò)單片機(jī)、超聲波傳感器的液位測(cè)量及控制系統(tǒng)，可提高測(cè)量精確度和可靠性，實(shí)時(shí)測(cè)控容器內(nèi)的液體。

液位測(cè)控；單片機(jī)；超聲波傳感器；密閉容器

人們?cè)鴩L試了很多有缺陷的檢驗(yàn)測(cè)量液體液位的方法在，比如說(shuō)：操作方法簡(jiǎn)單、與測(cè)量液體接觸的浮游球法、電容式液位計(jì)，但是液體的揮發(fā)在安裝的時(shí)候是難以避免的，因此為了實(shí)現(xiàn)不接觸液體的測(cè)量的放射性液位計(jì)，但不能連續(xù)實(shí)現(xiàn)液位的測(cè)量，且有對(duì)人體有害的放射源；而利用超聲波可以不需要接觸測(cè)量的氣體或液體，從罐子外面連續(xù)性的、準(zhǔn)確性的測(cè)量對(duì)罐子內(nèi)部的液體液位的高度。

1　超聲波傳感器的介紹

研發(fā)使用的傳感器用的超聲波的特性的就是超聲波傳感器。振動(dòng)頻率比聲波高的超聲波，通過(guò)電壓激勵(lì)引起的傳感器芯片的振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械波。它具有的特點(diǎn)有：頻率較高，波長(zhǎng)較短，繞射現(xiàn)象較小，特別是方向性能也是不錯(cuò)的，定向傳播并且能夠成為射線。超聲波對(duì)液體、不透明的固體的穿透力很大，可穿透幾十米的深度了。超聲波碰到雜質(zhì)的或分界面的會(huì)產(chǎn)生明顯反射形成了回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生了多普勒效應(yīng)。

超聲波傳感器能將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，屬于典型的雙向傳感器。如根據(jù)超聲波探頭的結(jié)構(gòu)可分為直探頭、斜探頭和液浸入式探頭；根據(jù)其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式，電磁式等。超聲波傳感器在實(shí)際使用中常見(jiàn)的是壓電式式探頭。安裝在液罐下方的有超聲波接收器，超聲波傳感器發(fā)射的超聲波反射在液面，一段時(shí)間后，探頭從液面接收發(fā)射的脈沖回波，該探頭到液面的距離就可以由超聲波在介質(zhì)中的傳播速度和發(fā)收超聲波的時(shí)間得出了。

2　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

測(cè)量和控制系統(tǒng)由以AT89S51單片機(jī)為核心的信號(hào)處理和控制電路及選用壓電式轉(zhuǎn)換器的采用超聲波專用芯片TL851和TL852的超聲波收發(fā)器組成。

TL851數(shù)字式集成型電路是專用的聲納測(cè)距類控制器，TL852模擬集成型電路由靜、壓電換能器接口兩個(gè)芯片組成的專用的聲納測(cè)距類接收器。由TL851與TL852及其外圍的元件產(chǎn)生超聲波的信號(hào)，然后送至超聲波換能器的裝置是三極管與變壓器，回波信號(hào)然后送入AT89S51是要先通過(guò)TL851、TL852等處理的。TL851測(cè)量的范圍是6～35英寸。其內(nèi)部振蕩器是一利用低價(jià)格的外部陶瓷晶體振子振動(dòng)的，使用的外部接口較簡(jiǎn)單和陶瓷晶振（420KHz），能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)靜止變流器（50KHz）。TL851的INIT引腳必須在Vcc上電一段時(shí)間（5ms）才能夠設(shè)置為高的電平，在這5ms內(nèi)，系統(tǒng)復(fù)位，并生產(chǎn)了平穩(wěn)的振蕩。INIT設(shè)置為高的電平之后，發(fā)送了頻率為（49.4KHz）、振幅為（400V）的16個(gè)脈沖的脈沖串波的TL851就致使了XDCH轉(zhuǎn)換器工作了。這個(gè)轉(zhuǎn)換器將16個(gè)脈沖在它中轉(zhuǎn)化成為超聲波而且發(fā)送了。16個(gè)脈沖結(jié)止過(guò)后，為保證轉(zhuǎn)換器能夠繼續(xù)的工作仍有一個(gè)直流電電壓為200V。

控制了兩個(gè)超聲波發(fā)、收器的是單片機(jī)AT89S51的P1口，其中，別分接超聲波發(fā)、收器1的INIT，ECHO，BLNK，BINH引腳的是P1.0至P1.3；分別接超聲波收發(fā)器2的INIT，ECHO，BLNK，BINH引腳的是P1.4至P1.7的。通過(guò)P1.0、P1.4（加到INIT引腳經(jīng)反相逆變器）的清零啟動(dòng)超聲波換能器發(fā)射超聲波，同時(shí)開(kāi)始了計(jì)數(shù)T1，和不斷地查詢P1.1、P1.5狀態(tài)，當(dāng)P1.1或者P1.5變?yōu)楦叩碾娖降臅r(shí)候，就能夠接收到回波了，讀取了T1的計(jì)數(shù)值。通過(guò)了T1的計(jì)數(shù)數(shù)值能夠從發(fā)收射超聲波的時(shí)間計(jì)算的得出，并且計(jì)算得出距離長(zhǎng)度是發(fā)射處到對(duì)象物體的。

3　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

主程序主要是為了完成：初始化的前期工作、各路每個(gè)超聲波的發(fā)射、接收的順序的控制以及記錄的超聲波的發(fā)射時(shí)間。中斷服務(wù)程序主要完成的有：時(shí)間值的讀取、距離的計(jì)算、顯示了或輸出了結(jié)果等工作。軟件主要包括主程序和中斷程序這兩個(gè)部分。

單片機(jī)INT0端口接前方測(cè)距電路的輸出端，中斷優(yōu)先級(jí)是最高的，單片機(jī)INT1端口接通過(guò)放大器輸出的左、右測(cè)距電路的輸出，同樣接到放大器的輸入端的是單片機(jī)P1.1和P1.5，用來(lái)處理中斷源識(shí)別的是程序的查詢，右邊中斷優(yōu)先于左邊。

4　關(guān)于安裝的要求

（1）對(duì)于鐵屬質(zhì)地的容器，可以把涂上硅脂的工作面的探頭直接貼在容器的底部使用的是磁性吸盤，若把與在同一直線的所測(cè)距離的探頭指向，可以把探頭固定用膠粘貼，或者在容器底部使用支架固定上，那么它的容器外殼上是沒(méi)有玻璃等其他材料的；

（2）以避免罐底長(zhǎng)期沉積污物對(duì)測(cè)量的影響，高于出液口或排污口，如不滿足條件，應(yīng)采取相應(yīng)的措施以為了保證定時(shí)定期地清除罐底的污物；

（3）容器壁的安裝表面的尺寸要圓面多于Φ80，表面粗糙度（等于1.6），傾斜度（大于3°）（旁通管除外），是在利用磁條性或焊、粘接等固定的方式安裝液位測(cè)試頭的時(shí)候。

[1]朱志偉,劉紅兵.傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)[M].南京：南京大學(xué)出版社,2012.

[2]任勇.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社,2012.