超声波液位测量原理
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█引言
由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，所以被广泛应用于液位测量。在测量中脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。
T
L=C×T/2
[公式说明]式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为从发射到接收的时间)。
超声脉冲信号测距的工作原理
█超声波脉冲信号发生电路例示
精心整理
超声波脉冲信号发生电路例示
█超声波液位测量的应用领域
利用超声波液位测量原理可广泛应用于气象水位的测量、大型油罐液位测量、制盐业液位测量、检测井水、湖泊河渠液位、工业生产中料桶液位，灌装液位等，根据不同的需求均可设计出不同的超声波液位计。
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精心整理
10米超声波测距仪设计实现 一、功能要求 设计一个超声波测距仪，可以测量测距仪与被测物体间的距离。要求测量范围0.1~10.00米，测量精度1cm，测量时与被测物体不接触，并将测量结果显示出来。 二、系统硬件电路 1．单片机系统及显示电路 单片机采用89C51或89S51。采用12MHz高精度晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机用p1.0端口输出超声波换能器所需的40Hz方波信号，利用外中断0口监测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳极LED数码管，段码用74LS244驱动，位用PNP8550驱动。 2．超声波发射电路 主要由74LS04和超声波换能器T构成。这种推挽形式的方波信号可以提高发射强度。反相器并联提高驱动能力。上拉电阻R1、R2提高74LS04输出高电平的驱动能力。 3．超声波接收电路 CX20106A是接收38KHz超声波的芯片，可利用它做接收电路。 4．系统程序 超声波测距仪的软件主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。 主程序：
开始 系统初始化 发送超声波脉冲 等待反射超声波 计算距离 显示结果 丢系统初始化，设置T0为方式1，EA=1，P0，P2清0。为避免超声波发射器直接接传送到接收器，需要延时0.1ms。由于时钟的频率是12MHz，计数器每计一个数就是1us。如果按声速344m/s，则d=c*t/2=172T0 cm 超声波发生子程序：通过P1.0端口发送2个左右超声波脉冲信号，脉宽12us，同时T0计数。 超声波测距仪利用中断0检测返回的超声波，一旦接收到返回的信号，立即进入中断。中断后就立即关闭T0停止计时。如果计数器益出则测试不成功。 3方案设计和选择 根据本次设计的要求，方案的选择应力求实用性强，性价比高，使用简单。 3.1 超声波测距的基本原理 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波
基于参考声速法超声波 液位的测量 专业：电机与电器班级：06班姓名：陈志伟学号：2012230 基于参考声速法超声波液位的测量
摘要 目前市场上的超声波液位计品种多样，大多采用温度补偿方法对超声波传播速度进行校正，以提高仪表测量精度。此方法需在系统外加一个温度测量单元，通过测量环境温度，获得实际声速；由此也引进了温度测量误差，从而限制了系统精度的进一步提高。 本文是利用参考声速法实现声速校正的超声液位测量系统。设计中采用气介式测量方式，将一个反射性能良好的挡板固定在超声波探头和液面之间，通过测量挡板回波的时间，实现精确的声速校正，从而大大提高液位测量精度。此系统不但继承了传统超声波液位计的优点，而且无需采集环境温度，避免了由于测温误差引起的系统误差。 文中以超声波原理为理论依据, 以超声波传感器为接口部件, 利用超声波在空气中传播的时间差来测量距离, 从而设计了一套超声波测距系统。这种新型声速校正方法相对于传统补偿方法，性能更加优越，是今后超声波液位测量的发展方向，具有广阔的发展前景。 关键词：超声波液位计，探头，声速校正，挡板 第一章绪论
1.1液位测量的意义 近年来，随着电子技术的迅速发展，液位测量仪表中的测量技术经历了有机械向机电一体化再到自动化的发展过程。结合这两大技术，尤其是将微处理器引进液位测量系统，使得液位计的精度越来越来高，越来越来向智能化、一体化、小型化发展。在实际应用中，可根据需要选择合适的液位计，满足测量精度、测量环境等多方面的要求。 1.2液位计的种类 根据工作原理的不同，液位计可分为以下几种：直读液位计，浮子液位计，静压液位计，电磁液位计，超声波液位计，光纤液位计等等。传统的液位计逐渐被这些新型液位计所取代。新型液位计无论是在精度稳定性，还是在智能测量方面都比传统液位计有着明显的优势，是今后液位计发展方向。其中超声波液位计以其低成本高精度非接触式稳定性好等优势受到广泛青睐，发展出了适应不同场合的超声波液位计，广泛应用于石油化工，航空航天，水利，气象，环保医疗卫生，食品饮料等多个领域。 超声波液位计是非接触测量中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气传播速度及遇到被测液体产生反射的原理。可实现非接触测量、测量范围宽、并且测量不受介质密度、介电常数、导电性等的影响，因此它的使用范围非常广泛，包括水渠、油罐、粘稠、腐蚀性及有毒液体等的液位测量。我国从就是年代开始将超声波测距技术应用到河流、湖泊等水体的水位测量中，以及油、浆等液体的液位测量中，超声波液位测量技术在越来越来多领域发挥极其重要的作用。 1.3超声波液位计概况 1.3.1国内外的超声波液位计发展 在国际上，把超声波技术用于液位测量己有较长时间，我国从20 世纪90 年代开始发展，将超声测距技术应用到河流、湖泊、水、渠等水体的水位测量中，以及油、浆等液体的液位测量中。目前国内高精度超声液位测量仪表的发展主要采用引进加吸收等手段，还有许多合资企业代理国外相应产品。国内自主研发超声波液位计的公司极少，不足十家，而且在测量范围，死区范围和精度都低于国外超声仪表的平均水平。有的厂家只有生产设备，没有标定装置。由此可见，我国在该领域的发展相对国外还有较大差距，在产品性能指标、仪表可靠性、企业
基于51单片机带温度补偿的HC-SR04超声波测距系统利用从网上购买的HC-SR04超声波模块制作了一个测距装置，HC-SR04自身不带温度补偿功能，所以加上一个使用DS18B20做的温度测量模块。整个系统包括：51单片机最小系统，超声波测距模块、温度测量模块、液晶显示模块。使用了如下主要元器件： 元件说明数量 STC90C516RC51单片机1 HC-SR04超声波测距模块1 DS18B20温度测量模块1 lcd1602液晶显示模块1 系统电路图
51单片机最小系统 单片机型号：STC90C516，晶振：12Mhz。自己动手焊接的最小系统板。
LCD1602A液晶显示模块： HC-SR04超声波测距模块 HC-SR04超声波测距模块可提供2cm至400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达3mm；模块自身包括超声波发射器、接收器与控制电路。 实物正反两面图 HC-SR04电气参数：
HC-SR04工作原理及说明： 1、给Trig触发控制信号IO端口至少10us的高电平信号； 2、模块自动发送8个40khz的方波，并自动检测是否有信号返回； 3、有信号返回时，Echo回响信号输出端口输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到 返回的时间； 4、两次测距时间间隔最少在60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响； 超声波时序图 单片机控制HC-SR04超声波测距说明： 原理图中，单片机的P1.7口接HC-SR04的Trig端口，P1.6口接HC-SR04的Echo端口，超声波在传播时碰到障碍物即返回，HC-SR04模块收到回波信号后Echo口输出一个高电平，单片机检测到高电平后即启动计数器开始计数，直到单片机检测到Echo口变成低电平后结束计数，计数器的计数值乘以单片机计数周期就是超声波从发射到接收的往返时间，即距离S=v*t/2； 由于在室温下，声速受温度的影响，其变化关系为：V=334.1+T*0.61(T为当前温度)，利用DS18B20温度传感器可以得到环境温度，补偿温度对声速的影响。当温度高于26度或低于14度时，上述公式不能完全满足对测量的修正了，所以高于26度时取26度，低于14度时取14度。 距离计算公式为：S=(334.1+T*0.61)*N*T0/2
安全避障是移动机器人研究的一个基本问题。障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器。本超声波测距系统选用了SensComp公司生产的Polaroid 6500系列超声波距离模块和600系列传感器，微处理器采用了ATMEL公司的AT89C51。本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。 1、超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20KHz的机械波[1]。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应[1]的原理将电能和超声波相互转 化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）[2]。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的
声源与障碍物之间的距离，即 1、硬件电路设计 我们设计的超声波测距系统由Polaroid 600系列传感器、Polaroid 6500系列超声波距离模块和AT89C51单片机构成。 2.1 Polaroid 600系列传感器 此超声波传感器是集发送与接收一体的一种传感器。传感器里面有一个圆形的薄片，薄片的材料是塑料，在其正面涂了一层金属薄膜，在其背面有一个铝制的后板。薄片和后板构成了一个电容器，当给薄片加上频率为49.4kHz、电压为300VAC pk-pk的方波电压时，薄片以同样的频率震动，从而产生频率为49.4kHz的超声波。当接收回波时，Polaroid 6500内有一个调谐电路，使得只有频率接近49.4kHz的信号才能被接收，而其它频率的信号则被过滤。 Polaroid 600超声传感器发送的超声波具有角度为30度的波束角[3]，如图1所示：
Endress+Hauser超声波液位计设置 我们需设置三个参数： V0H1 探头到滤池滤砂的距离 V0H2 设定的量程 V0H9 实际液位高度 调试步骤：先设定量程V0H2，再估计探头到滤砂的距离设定V0H1，通过查看V0H9的数据，调节V0H1，在滤池没有水时将其调节到0。 具体操作步骤如下： 1、如何选择V、H参数 通过相应按键可选择V、H的参数，当你一直按着V或H按 键时相应V、H的参数将不断的循环增减。 2、设定V0H2参数 V0H2参数为设定的量程，如下图我们设定的量程为3m： 设定时通过按键对数值的增减操作，一直按着时数 值将会不断的增（减）。 3、初设V0H1参数 V0H1参数为探头到底砂的距离，我们需要先估计一下，现滤池液位计探头到底砂的距离大概为2m。
4、调节V0H1参数，查看V0H9参数 当我们初设了V0H1参数，然后查看V0H9参数，V0H9为实际的液位数值。 我们在进行调试液位计时，需保证滤池中无水，这样V0H9应该需要调节到0。如下图： 我们需要不断的调节V0H1参数使得V0H9参数设置为，当然在之间波动也无妨，但不要在之间波动。 在调节V0H1参数查看V0H9参数时，若V0H9变大则说明V0H1参数偏大，反之则偏小，我们需不断反复的调节V0H1参数，尽量使得V0H9参数达到标准。每次调节V0H1参数后查看V0H9参数，需要观察V0H9参数1分钟以上，看看是否稳定。 超声波液位计RESET：将参数V9H5设定为333即可复位超声波液位计。
你可以先尝试在V3H0输入1m，这是抑制，从上往下1m内的干扰将被抑制。 然后退到V0H0看示数是否正常。 若不行则先记录下空标满标值如下。 V0H1是空标值，也就是探头到池底的距离。 V0H2是满标值，也就是空标值减去的盲区，该值需要与上位机对应上，相当于量程。同时按－和V便是复位，复位后需要重新设空标和满标。 设好后选择V0H0，便是显示测量值的主界面。 若还不行，建议更换仪表测试。
超声波液位测量系统设计阳华忠孙传友长４女学电，；学Ｍ４¨０２５ 鞭蛹隧鞠獬黼黜裂簿螽缓灏醺戳黼｛ｔ＊ｔ☆ｓＰｃＥｏＢｌ＾女ｍ●＾‰，ＬＭｌ８１２≈，《｛目＾《ｔＥ“＆”＾＃＆＊雎＊ｔ｛《．＊＃自＆ｍ￡ｉ”１“女Ｔ一＊＊¨ｔ《，”‘ｆ＃十∞｝ｍ＊．ｍｔＴ≈，《ｔｔｔ湿度．＊＾．Ｂ§ｆ＃境目ｔ＊Ⅻｔ十￥∞＃自．ｔｍ７｝＃《＊目＾＃＾＊＆镕■ｔ十来目ｆ＆．＃＾ｉ＆＆■ｔ¨＃＊ｔ．豳■蕾鞠积整黼燃霸麟醐黼｝Ｅ＃．｝ｍ＊，《’女；ＬＭｌＢ１２ １引言 ｎ【】＿＿超市披挂求班｝Ｋ迅速．４、Ｍ渗墟刮＊个镯域．¨仃军￥Ⅸ玎驯缭婶冉ＩＩｉｉ＃８有ｒＬ￡的“川．漓ｆ±☆１删＊和托Ｍ也址日常ｔ僻巾十最盛的邻ｊ域＋披ｆｔ的删＊片证卉他毒。恻如羞Ⅲ往洲ｎ液俺Ｕ锌“，删屉池位，赳胜补偿趟自浊扯删量池似等等ｍ采邢ｔ些方法会Ｊ、腰劣∞环境和抽悼峦‘￡的坐化给删＊带ｍ＃ｋ的瞄莘…毕“；ｆｍ悼具有蝇蚀什…嘲蚀删抽越＾¨埘Ｉ№－陋，奉＆计性出ｒ坫ｆ浮ｒｎ０磐【匕浊ｍｓ｝，ｃｌ，∞ｌ＾．１…单Ｊｔ扎ＬＭｌ８ｌ二越ｒ々渡々ｍ推成，０片＃【ｆ占，ｌ的古洼自ｇ｛ｋＩ。硅Ｕ越。水《统可蒜性－≈．近Ｈ１ｆｊ：％精度高。 ２参比法液位测量原理 警比洼Ｈ娘理是利用超｝＂往换能８发一¨１１０趟－；浊忸冲］Ⅲ过’Ｌｎ《传播０ｇ鹰崔ｆｔ转＾的并【日处掰成ｆｉ针日睦ｆ々到搀能＊片搏Ｍ接收。精Ⅲ忧５超声被¨垃日十纠挡牧自坩＿｛，Ｊ就“Ｊ眦牯确地计算Ⅲ随Ⅻ４披体的触协。其原Ｈ圳Ⅵｌ，ｊ超声藏＃射Ｊｉ掳４￡趟十波∞传感＊就鼻ｍ趺控憧剑州柬ｍ泄ｆ：号求…濉足“枉准环处ｒ“生的删∞帅时问为【ｏ。Ｂ求Ｈ“＃是Ｉ＿Ｉ＿泞ｒ灶产’ｐ的，删址的时问山ｒ６掉Ｆ陆触洲浦傩的披１Ⅳ峦ｆＬｍ坐化超Ｊ：一被“行早以ｊ，的７Ｌ秆ｍ。…々播。山十越钠【ｄ的ｊ｛罐中１怍，超Ｆ＊纠Ｋ，＊ｑ■ｆＪ｝”｝千肌蛳的琏鹰＋Ｈ‘÷，山ｆｔ可得 咖｝ Ｐ止巾ｖｆ）是超，ｒ漓到拉准环∞迹Ⅱ。Ｖ是超声涟刊ｉＴｒ顺＿ｆｉｉ自０Ｊｌ嚏．“ｒ“推１１１： ⅢＪ＋ Ｈ一＝＿』 胜艟Ⅻ目演津的液化－ ¨】｜０＿ｈｄ ｝ｒ＝Ｈ卜坐１一ｄ ｌ＾?ｈＨ是储删砝液体的涟ｎ ｈ－挂地奇被传晦％爿存＊睡带的ｍ离；ｈ 是超■被心堪＊Ⅻ＂，琐部的Ｈ捕．酒过 删％的时州“弹其值?ｈｏ是超声被ｆ々盛＊ 判｝ｔｔ＊Ｍ一的啦离．一ｑ椒擗址日】肫ｍ】稠整棱 挂环的ｒ＊度；ｄ是泞ｒ项而刊油自帕＊ 离。ｍ此”ｒⅢ删址日ｆ々出＃艘∞谴虚￡ 芏＊仃枉州温睦ｍ鹿，≮Ｈ描｛啊超 Ｊｈ挫∞速疃拚呆统带沫舶ｍ菇。 法ｉ坑錾盛观Ｊ＃功矩｛【ｌ减少ｉ统琨 蕈麓世ｇｍ满Ｍｍｒ要求苴Ｍ ｔ管的底口?‘ｏ№删ｆ＆体连通恒ｆ＊删陂 似进＾【Ｉ｜ＩＩ最昔：¨’，浮于的密度９０川、 Ｔ触目哺体的密嘘．ＪＬ汗子具备托惭蚀 忡；其。，抟ｃ＊环＿胛丁＾选有利于起｝ ＊ｉ川ｎⅡ“抖；】ｌＨ，Ⅲｌ量管录Ｉ¨抗腐蚀 忡蝗的十诱钢村料． 囤１臆理犀 ３硬件原理电路 牟系统纳简嘤碰什｝ｂ路¨ＲＩ！．性自ｆ 和拄牧Ⅻ什电路目ⅢＩＭ１ｓ１１趟■胜々… 鞋成ｏＩ＿ｌ。Ｍ１ｓｌ二硅种既能Ｋ进《能 接性超声波的０Ｈ呆¨』适块鞋戍，，ｌ以简 ｆｔ№ｍ“牿提高｛统的一，Ｊ稚性。０ｌ－内 郫乜拈：胩ｆ－ｐ州制ｃ生妊落＃，，＊增＆ 接收∞，脉冲啁，¨拴删＃啭自抑制≈， ‘ｊ８％【☆ｊ自电。Ｆｎ、ｆ．１ＭＩ８１２处于发时 模式．箱】符嘟外拄ｃ１ｌｉｋ亡ｍ瞎的世蚶 矗摊投的［怍撷牛ＬｌＣＩ扳蒿增蚰被憾为 振荡醺走，振荡信≈！｛驱ｒ女坡★后，Ｍ１３管 ｗⅡ６管脚输ｍ。 ’＿８管Ⅷ为Ⅱｌ“平时．ｉＭｌ８ｌ！处于 拉收懊文，趣声踺１々媾ｇ摇收“连日的衄 市披１ｊ号％电彝耦仟…４符脚输＾再经 内郫哺级般＾艘凡岳的ｆ；｝轴Ｕ】管删 的喈扳日路取出的竹母起送剑幢删￡． 目时竹檗Ｆ一也披捡删，－４“通过ｌ７管Ｗ外 接的电料进行滤眭。’１管Ｍ【Ｌ的电Ⅲ盘 拜小州＊能触牲怪Ⅻ蝌祝ｊ，器＆蜒蚓簋 Ｔ转￥”ＩⅢ” 圉３主程序流程圈 图２简要磋件电路目
超声波液位传感器是一种常用的测量仪器，被广泛的应用于多个行业当中。超声波传感器是一种利用超声波的特性研制而成的传感器，具有测量精准、检测范围广、使用灵活、维护简便等优点。接下来艾驰商城小编主要来为大家介绍一下超声波液位传感器的结构及工作原理，希望可以帮助到大家。 超声波液位传感器的结构 超声波传感器主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声传感器的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个传感器的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。 超声波液位传感器的工作原理 超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/a518964793.html,/
电子信息系统综合设计报告 超声波测距仪
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (3) 1.1 设计要求 (3) 1.2 理论基础 (3) 1.3 系统概述 (4) 第二章方案论证 (4) 2.1 系统控制模块 (5) 2.2距离测量模块 (5) 2.3 温度测量模块 (5) 2.4 实时显示模块 (5) 2.5 蜂鸣报警模块 (6) 第三章硬件电路设计 (6) 3.1 超声波收发电路 (6) 3.2 温度测量电路 (7) 3.3 显示电路 (8) 3.4 蜂鸣器报警电路 (9) 第四章软件设计 (10) 第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11) 5.1 画PCB及制作 (11) 5.2 焊接问题及解决 (11) 5.3 软件调试 (11) 实验总结 (13) 附件 (14) 元器件清单 (14) HC-SR04超声波测距模块说明书 (15) 电路原理图 (17) PCB图 (17) 程序 (18)
摘要 该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串，然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波，同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，显示当前距离与温度，按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在生产生活中得到广泛的应用，例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。 关键词：超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警 第一章绪论 1.1设计要求 设计一个超声波测距仪，实现以下功能： (1)测量距离要求不低于2米； (2)测量精度±1cm； （3）超限蜂鸣器或语音报警。 1.2理论基础 一、超声波传感器基础知识 超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。 超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，与环境条件也有关： 在气体中，超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关，在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C (m/s) 式中，t为环境温度，单位为0C. 二、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 三、超声波测距原理 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，因而超声波
超声波液位计和雷达液位计的区别 我们一般把声波频率超过20kHz的声波称为超声波，超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程，它的特征是频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透能力强，尤其是在对光不透明的固体中，超声波可穿透几十米的长度，碰到杂质或界面就会有显著的反射，超声波测量物位就是利用了它的这一特征。 在超声波检测技术中，不管那种超声波仪器，都必须把电能转换超声波发射出去，再接收回来变换成电信号，完成这项功能的装置就叫超声波换能器，也称探头。如图所示，将超声波换能器置于被测液体上方，向下发射超声波，超声波穿过空气介质，在遇到水面时被反射回来，又被换能器所接收并转换为电信号，电子检测部分检测到这一信号后将其变成液位信号进行显示并输出。 由超声波在介质中传播原理可知，若介质压力、温度、密度、湿度等条件一定，则超声波在该介质中传播速度是一个常数。因此，当测出超声波由发射到遇到液面反射被接收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据。 超声波有盲区，安装时必须计算预留出传感器安装位置与测量液体之间的距离。 雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，关系式如下： D=CT/2 式中 D——雷达液位计到液面的距离 C——光速 T——电磁波运行时间
雷达液位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。 在实际运用中，雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计，功耗大，须采用四线制，电子电路复杂。而采用雷达脉冲波技术的液位计，功耗低，可用二线制的24V DC供电，容易实现本质安全，精确度高，适用范围更广。 超声波用的是声波，雷达用的是电磁波，这才是最大的区别。而且超声波的穿透能力和方向性都比电磁波强的多，这就是超声波探测现在比较流行的原因。 主要应用场合的区别： 1.雷达测量范围要比超声波大很多。 2.雷达有喇叭式、杆式、缆式，相对超声波能够应用于更复杂的工况。 3.超声波精度不如雷达。 4.雷达相对价位较高。 5.用雷达的时候要考虑介质的介电常数。 6.超声波不能应用于真空、蒸汽含量过高或液面有泡沫等工况。
超声波测距仪的设计 摘要：电子测距仪要求测量范围在0.10～5.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于液位、井深、管道长度的测量等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 该测距仪采用NE555电路、两级放大电路和电平比较电路实现了超声波的发射与接收。单片机为该测距仪的核心单元，实现发射电路的控制和接收数据的处理。本系统在10～200cm的距离内测量精度可达±0.5cm，并且易于调试，成本低廉，具有很强的实用价值和良好的市场前景。 关键字：超声波传感器，测距仪，PIC16F876A Abstract：Ultrasonic Ranging, can be used in car reversing, the construction site and the location of some industrial site monitoring, can also be used if the level, depth and length of the pipeline, such as measurement occasions. Measurement of the requirements in the 0.10-5.00 m, precision 1 cm, with the measurement of detected objects without direct contact, being able to clearly show stable measurement results. Because of the strong point of ultrasonic energy consumption slow, medium of communication in the longer distance, thus frequently used ultrasonic distance measurement, such as the range finder and level measurement and so on can be achieved by ultrasound. Use of ultrasonic testing is often more rapid, convenient and simple terms, easy to achieve real-time control, and measurement accuracy can meet the practical requirements of industry, in the mobile robot has been developed on a wide range of applications.
基于超声波传感器的液位测量 1.摘要 超声波传感器应用广泛，其中液体液位的准确测量是实现生产过程检测和实时控制的重要保障，也是实现安全生产的重要环节。本文主要介绍液位的测量。液体罐内液位测量的方法有很多种，其中超声波传感器由于结构简单、体积小、费用低、信息处理简单可靠，易于小型化与集成化，并且可以进行实时控制，所以超声波测量法得到了广泛的应用。2.超声波概要 超声波是指频率高于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，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，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。 3.检测方法选择 从测量范围来说，有的液位计只能测量几十厘米，有的却可达几十米。从测量条件和环境来说，有的非常简单，有的却十分复杂。例如:有的是高温高压，有的是低温或真空，有的需要防腐蚀、防辐射，有的从安装上提出苛刻的限制，有的从维护上提出严格的要求等。 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超声波液位计、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。 根据以上几种因素得知，超声波液位计是非接触式液位计中发展最快的一种。超声波在同一种介质中传播速度相对恒定，遇到被测物体表面时会产生反射，基于此原理研制出
一、超声波测距原理 超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S ,即: S = v·△t /2 ① 这就是所谓的时间差测距法。 由于超声波也是一种声波, 其声速C与温度有关,表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大, 则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃, 声速增加约0. 6 米/ 秒。如果测距精度要求很高, 则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统正是采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为： V = 331.45 + 0.607T ② 声 速 确 定 后, 只 要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。 二、系统硬件电路设计
图2 超声波测距仪系统框图 基于单片机的超声波测距仪框图如图2所示。该系统由单片机定时器产生40KHZ的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和显示电路等构成。单片机是整个系统的核心部件，它协调和控制各部分电路的工作。工作过程：开机，单片机复位，然后控制程序使单片机输出载波为40kHz的10个脉冲信号加到超声波传感器上，使超声波发射器发射超声波。当第一个超声波脉冲群发射结束后，单片机片内计数器开始计数,在检测到第一个回波脉冲的瞬间,计数器停止计数，这样就得到了从发射到接收的时间差△t;根据公式①、②计算出被测距离,由显示装置显示出来。下面分别介绍各部分电路： 1 、超声波发射电路 超声波发射电路如图3所示，89C51通过外部引脚P1.0 输出脉冲宽度为250μs , 40kHz的10个脉冲串通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波传感器而发射出超声波。由于超声波的传播距离与它的振幅成正比,为了使测距范围足够远,可对振荡信号进行功率放大后再加在超声波传感器上。 图3中T为超声波传感器，是超声波测距系统中的重要器件。利用逆压电效应将加在其上的电信号转换为超声机械波向外辐射; 利用压电效应可以将作用在它上面的机械振动转换为相应的电信号, 从而起到能量转换的作用。市售的超声
基于51单片机的超声波测距系统 贾源 完成日期：2011年2月22日
目录 一、设计任务和性能指标 (2) 1.1设计任务 (2) 1.2性能指标 (2) 二、超声波测距原理概述 (3) 2.1超声波传感器 (4) 2.1.1超声波发生器 (4) 2.1.2压电式超声波发生器原理 (4) 2.1.3单片机超声波测距系统构成 (4) 三、设计方案 (5) 3.1AT89C2051单片机 (6) 3.2超声波测距系统构成 (7) 3.2.1超声波测距单片机系统 (8) 图3-1：超声波测距单片机系统 (8) 3.2.2超声波发射、接收电路 (8) 图3-1：超声波测距发送接收单元 (9) 3.2.3显示电路 (9) 四.系统软件设计 (10) 4.1主程序设计 (10) 4.2超声波测距子程序 (11) 4.3超声波测距程序流程图 (12) 4.4超声波测距程子序流程图 (13) 五.调试及性能分析 (13) 5.1调试步骤 (13) 5.2性能分析 (14) 六.心得体会 (14) 参考文献 (15) 附录一超声波测系统原理图 (17) 附录二超声波测系统原理图安装图 (18) 附录三超声波测系统原理图PCB图 (19) 附录四超声波测系统原理图C语言原程序 (20) 参考文献 (25)
一、设计任务和性能指标 1.1设计任务 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个超声波测距仪器，用LED数码管把测距仪距测出的距离显示出来。 要求用Protel 画出系统的电路原理图，印刷电路板，绘出程序流程图，并给出程序清单。 1.2性能指标 距离显示：用三位LED数码管进行显示（单位是CM）。 测距范围：25CM到 250CM之间。误差：1%。
黄河科技学院本科毕业设计任务书 信息工程学院电子与通信工程系电子信息工程专业级班学号学生指导教师王二萍 毕业设计题目超声波液位测量系统的设计 毕业设计工作内容与基本要求 一、背景和意义 液位控制问题是工业过程中的一类常见问题，目前国内在液位自动控制方面缺少长期可靠的使用范例，还没有适用于液位测量和自动控制的定型产品。因此研究出一种超声波液位传感器很有必要。传统的液位测量绝大多数都是人工控制，造成了人力资源的浪费，同时安全性可靠性都不高，采用单片机实现液位测量即可避免这种情况的发生。 二、目标和任务 本设计目标是针对现有液位传感器的不足，开发一种大量程、精度高、带有标准工业控制输出接口的超声波液位传感器，建议采用单片机作为超声液位传感器的控制核心，能够简化控制电路设计；采用单一换能器进行超声波的发射和接收以降低装置成本；采用多级二阶有源滤波器以提高信噪比，进而能较大限度地提高对微弱回波信号的放大倍数。最后根据设计原理图焊接、调试。 三、途径和方法 1.从网络上查阅此领域最新研究成果，并查阅相关理论知识，利用单片机控制技术的相关知识整理出硬件设计方案； 2.在已搭建的硬件的基础上构思软件流程，给出程序； 3.软硬件联调。 四、主要参考资料 [1] 白宗文，刘生春，白洁.基于单片机的超声波测控液位系统的设计[J].电子设计工程,2011（18）:33～36． [2] 么启等. 基于DSP的超声波明渠液位测量系统[J].电子设计工程,2011（21）:142～145． [3]房小翠、熊光洁、聂学俊等，单片微型计算机与机电接口技术[M]．北京；
国防工业出版社，2002． [4]王质朴，吕运朋，MCS-51单片机原理、接口及应用[M]．北京：北京理工大学出版社,2009. [5] 杨素行等.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社,2001. [6] 闫石.数字电子技术基础[M].第三版.北京: 高等教育出版社,1989. 毕业设计时间：2013 年 2 月10 日至2013 年 5 月25 日 计划答辩时间：2013 年 5 月22 日 工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于12篇，其中外文资料不少于2篇；文献综述不少于3000字；文献翻译不少于3000字，理工科类论文或设计说明书不少于8000字（同时提交有关图纸和附件），提交相关图纸、实验报告、调研报告、译文等其它形式的成果。毕业设计说明书撰写规范及有关要求，请查阅《黄河科技学院本科毕业设计（论文）指导手册》。 专业（教研室）审批意见 审批人签名：
目录 前言 1课题设计目的及意义----------------------------------------------- 1 1.1设计的目的----------------------------------------------------- 1 1.2设计的意义----------------------------------------------------- 1 1.3课题设计的任务和要求------------------------------------------- 1 正文 1 课程的方案设计------------------------------------------------- 2 1.1系统整体方案--------------------------------------------------- 2 1.2系统整体方案的论证-------------------------------------------- 2 2系统的硬件结构设计------------------------------------- 2 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理------------------------------ 3 2.1.1 51系列单片机的功能特点------------------------------------- 3 2.1.2 单片机实现测距原理----------------------------------------- 3 2.2 超声波电路结构------------------------------------------------ 4 2.3 超声波测距系统的硬件电路设计---------------------------------- 4 2.4 PCB版图设计---------------------------------------------------- 5 3 系统软件的设计----------------------------------------- 6 3.1 超声波测距仪的算法设计---------------------------------------- 7 3.2 主程序流程图--------------------------------------------------- 7 3.3单片机部分C语言程序-------------------------------------------- 8 3.4超声波测距部分C语言程序-------------------------------------- 11 4 实物制作------------------------------------------------ 17 4.1电路板焊接及连线图--------------------------------------------- 17 4.2实物调试效果图------------------------------------------------ 18 4.3焊接电路板时所遇问题------------------------------------------- 19 5总结------------------------------------------------- 20 6 致-------------------------------------------------- 20 附录-------------------------------------------------------------20
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
ABSTRACT Level 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