基于單片機的超聲波高壓密閉容器的液位測控系統設計

呂珊珊（永城職業學院,河南永城476600）

基于單片機的超聲波高壓密閉容器的液位測控系統設計

呂珊珊
（永城職業學院,河南永城476600）

常需要精確地測量在化學工業的生產過程中的密封容器內的液體的液位，但是具有易爆炸性的、易揮發性的、強腐蝕性的、有毒性的液體一般，有相應的難度對于它們的液位的檢測。現設計一套主要通過單片機、超聲波傳感器的液位測量及控制系統，可提高測量精確度和可靠性，實時測控容器內的液體。

液位測控；單片機；超聲波傳感器；密閉容器

人們曾嘗試了很多有缺陷的檢驗測量液體液位的方法在，比如說：操作方法簡單、與測量液體接觸的浮游球法、電容式液位計，但是液體的揮發在安裝的時候是難以避免的，因此為了實現不接觸液體的測量的放射性液位計，但不能連續實現液位的測量，且有對人體有害的放射源；而利用超聲波可以不需要接觸測量的氣體或液體，從罐子外面連續性的、準確性的測量對罐子內部的液體液位的高度。

1　超聲波傳感器的介紹

研發使用的傳感器用的超聲波的特性的就是超聲波傳感器。振動頻率比聲波高的超聲波，通過電壓激勵引起的傳感器芯片的振動產生的機械波。它具有的特點有：頻率較高，波長較短，繞射現象較小，特別是方向性能也是不錯的，定向傳播并且能夠成為射線。超聲波對液體、不透明的固體的穿透力很大，可穿透幾十米的深度了。超聲波碰到雜質的或分界面的會產生明顯反射形成了回波，碰到活動物體能產生了多普勒效應。

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

2　系統的硬件設計

測量和控制系統由以AT89S51單片機為核心的信號處理和控制電路及選用壓電式轉換器的采用超聲波專用芯片TL851和TL852的超聲波收發器組成。

TL851數字式集成型電路是專用的聲納測距類控制器，TL852模擬集成型電路由靜、壓電換能器接口兩個芯片組成的專用的聲納測距類接收器。由TL851與TL852及其外圍的元件產生超聲波的信號，然后送至超聲波換能器的裝置是三極管與變壓器，回波信號然后送入AT89S51是要先通過TL851、TL852等處理的。TL851測量的范圍是6～35英寸。其內部振蕩器是一利用低價格的外部陶瓷晶體振子振動的，使用的外部接口較簡單和陶瓷晶振（420KHz），能夠驅動一個靜止變流器（50KHz）。TL851的INIT引腳必須在Vcc上電一段時間（5ms）才能夠設置為高的電平，在這5ms內，系統復位，并生產了平穩的振蕩。INIT設置為高的電平之后，發送了頻率為（49.4KHz）、振幅為（400V）的16個脈沖的脈沖串波的TL851就致使了XDCH轉換器工作了。這個轉換器將16個脈沖在它中轉化成為超聲波而且發送了。16個脈沖結止過后，為保證轉換器能夠繼續的工作仍有一個直流電電壓為200V。

控制了兩個超聲波發、收器的是單片機AT89S51的P1口，其中，別分接超聲波發、收器1的INIT，ECHO，BLNK，BINH引腳的是P1.0至P1.3；分別接超聲波收發器2的INIT，ECHO，BLNK，BINH引腳的是P1.4至P1.7的。通過P1.0、P1.4（加到INIT引腳經反相逆變器）的清零啟動超聲波換能器發射超聲波，同時開始了計數T1，和不斷地查詢P1.1、P1.5狀態，當P1.1或者P1.5變為高的電平的時候，就能夠接收到回波了，讀取了T1的計數值。通過了T1的計數數值能夠從發收射超聲波的時間計算的得出，并且計算得出距離長度是發射處到對象物體的。

3　系統的軟件設計

主程序主要是為了完成：初始化的前期工作、各路每個超聲波的發射、接收的順序的控制以及記錄的超聲波的發射時間。中斷服務程序主要完成的有：時間值的讀取、距離的計算、顯示了或輸出了結果等工作。軟件主要包括主程序和中斷程序這兩個部分。

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

4　關于安裝的要求

（1）對于鐵屬質地的容器，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有玻璃等其他材料的；

（2）以避免罐底長期沉積污物對測量的影響，高于出液口或排污口，如不滿足條件，應采取相應的措施以為了保證定時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試頭的時候。

[1]朱志偉,劉紅兵.傳感器原理與檢測技術[M].南京：南京大學出版社,2012.

[2]任勇.單片機原理及應用[M].北京：清華大學出版社,2012.