储油罐液位测量系统设计

储油罐液位系统设计

设计目的 研究背景

超声波液位测量理论基础 系统设计方框图 超声波测距电路设计 软件设计方框图 液位测量的误差分析

设计目的能实时的检测液位，并能够明显的显示出来

能对低、高液位实现报警

能根据报警控制储油罐，实现液位的智能控制

国内液位液位控制系统接触式 检测 易腐蚀 灵敏度 低

设计液位系统优越性无接触式 检测 低耗费 实时显示 液位

超声波液位测量其实就是要测量超声波测 距仪到液面的距离，如果超声波测距仪安 装在底部，测得的距离即为液位高度，如 果超声波测距仪安装在液面上方，需要通 过换算来算得液位高度(液罐总高度减去 测得的距离即为液位高度)。 本文选择把测距仪安装在液面上面，测距 仪安装相对方便些。

超声波回波检测法 超声波发射器发出单个或一组超声波脉冲 ，在发射时刻同时计时

器开始计时，超声 波在空气中传播，途中遇到被测目标，经 过反射到达超声波接收端，此时停止计时 器计时，得到的时间t就是超声波在发射器 和被测目标之间来回传播的时间。

Access 温度传感 ____器

LED 显示 数据库

技术

单片机HTML技术

控制电路

发射驱动 报警电路

超声波接 收处理

控制键盘

该系统由ATC2051 单片机、超声波发射电路、接收放大电 路、环境温度采集电路、报警电路、控制键盘、控制电路及 显示电路组成。ATC2051 单片机是整个系统的核心部件， 协调各部件的工作。发射驱动模块振荡源和放大驱动电路， 单片机控制发射模块产生40kHz的频率信号来驱动超声波传 感器，每次发射包含若干个脉冲(发射持续约0.15ms),当 第一个超声波脉冲发射后，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，这样就能够得到从发 射到接收的时间Δt;温度采集电路也将现场环境温度数据

采集送到单片机中，提供计算距离时对超声波传播速度的修 正。最终单片机利用公式s = 12vΔt和v = 331.5 + 0.607T 计算出被测距离，然后与系统预设距离比较，如果小于预设 最低液位或者大于预设最高液位，单片机进行液体流入流出 自动控制；当液位变化过快或者其他单片机无法进行液位控 制的情况下，单片机启动报警电路通知工作人员进行人为干 预。完成这些步骤进行第二次超声波发射。在这过程中单片 机显示电路不断的更新显示的液位值。

超声波测距系统硬件设计本文采用变压器升压增加驱 动能力。整个发射电路由555 振荡电路、晶体管放大电路、 变压器以及压电超声波传感 器组成。40kHz振荡信号由 555集成块和周围

电路产生, 然后送至放大电路驱动压电 传感器发出一系列的脉冲群, 每一个脉冲群持续时间大约 为0.15ms 左右。信号经过三 级管放大,再经过阻抗匹配电 路即变压器(变压器输入输出 比1∶10 ) 后,驱动超声波发 射头,发射换能器两端就加上 了高电压,内部的压电晶片开 始震动,经过压电换能器将发 出40kHZ的脉冲超声波。

超声波发射电路图

超声波接收和处理电路图 超声波发射电路图

接收电路信号变化关系图

显示模块使用静态显示，这样 可以提高单片机工作效率，同 时提高显示亮度，在室外使用 时方便使用者读取数据。静态 显示器的优点是显示稳定，在 发光二极管导通电流一

定的情 况下显示器的亮度高，控制系 统在运行过程中，仅仅在需要 更新显示内容时，单片机才执 行一次显示子程序，这样大大 节省了单片机CPU的时间，提 高了单片机的工作效率；缺点 是位数多时，硬件开销太大。 因此静态显示适合显示亮度要 求高、位数不多的情况下使用。

显示电路

键盘采用4__215;4矩阵式 键盘，接单片机P2口， 由程序扫P2口判断按 下的是那个位置的键， 然后查询键值表，执 行相应的功能。 学生信息表 企业信息表

person

company

公共信息表 news

学生模块

企业模块

管理员模块键盘电路设计

其它模块

电源原理图

初始化首先主程序完成初始化，然后发生 超声波并启动计时器开始计时。为 避免串扰，在发射期间接收中断 INT0关闭，在发射完毕后开启中断 INT0。当超声波回波被接收到后， 引发中断停止计时。然后读取温度 和时间，再确定该温度下超声波在 液体中的传播速度，最后计算液位。 计算出液位后，与预设的最高液位 和最低液位值进行比较，如果超出 预设值就做出相应的自动操作。再 往后和液位极限值比较，如果超过 极限值就认定系统不能完成自动控 制，启动报警电路，提醒相关人员 进行人为操作。最后调用显示子程 序，如果不需要系统进行任何操作 的话就直接调用显示子程序。

监测液位

显示液位

液位判断

报警及处理

返回

初始化 读取温度

查询是否 开始

P0.1=0

读取时间

P0.1=1发射超声波同时启动 计数器

调用子程序计算距离

调用显示子程序 延时0.05ms 是 是否超过液位极限 报警

P1.7置0停止发射

否 否是否低于预设最低液位

开中断

是打开电磁阀

查询是否接收到超声 波

否是否超过预设最高液位

否

是关中断

是关闭电磁阀 再次发射超声波

主程序流程图

环境对测量的影响 1 温度对声速的影响 2 湿度对超声波衰减程度的影响 仪器电路对测量的影响 1 硬件电路引起的时间误差 2 触发时

间引起的误差

需要改进的地方

系统设计时没 有考虑到温度 对光速的影响 在精确度的条 件下，测量范 文比较小

超声波的抗干扰问题 还有缺陷，若能将超 声波接收电路用金属 壳屏蔽起来，则可提 高抗干扰能力