基于单片机的超声波高压密闭容器的液位测控系统设计

吕珊珊（永城职业学院,河南永城476600）

基于单片机的超声波高压密闭容器的液位测控系统设计

吕珊珊
（永城职业学院,河南永城476600）

常需要精确地测量在化学工业的生产过程中的密封容器内的液体的液位，但是具有易爆炸性的、易挥发性的、强腐蚀性的、有毒性的液体一般，有相应的难度对于它们的液位的检测。现设计一套主要通过单片机、超声波传感器的液位测量及控制系统，可提高测量精确度和可靠性，实时测控容器内的液体。

液位测控；单片机；超声波传感器；密闭容器

人们曾尝试了很多有缺陷的检验测量液体液位的方法在，比如说：操作方法简单、与测量液体接触的浮游球法、电容式液位计，但是液体的挥发在安装的时候是难以避免的，因此为了实现不接触液体的测量的放射性液位计，但不能连续实现液位的测量，且有对人体有害的放射源；而利用超声波可以不需要接触测量的气体或液体，从罐子外面连续性的、准确性的测量对罐子内部的液体液位的高度。

1　超声波传感器的介绍

研发使用的传感器用的超声波的特性的就是超声波传感器。振动频率比声波高的超声波，通过电压激励引起的传感器芯片的振动产生的机械波。它具有的特点有：频率较高，波长较短，绕射现象较小，特别是方向性能也是不错的，定向传播并且能够成为射线。超声波对液体、不透明的固体的穿透力很大，可穿透几十米的深度了。超声波碰到杂质的或分界面的会产生明显反射形成了回波，碰到活动物体能产生了多普勒效应。

超声波传感器能将声信号转换成电信号，属于典型的双向传感器。如根据超声波探头的结构可分为直探头、斜探头和液浸入式探头；根据其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式，电磁式等。超声波传感器在实际使用中常见的是压电式式探头。安装在液罐下方的有超声波接收器，超声波传感器发射的超声波反射在液面，一段时间后，探头从液面接收发射的脉冲回波，该探头到液面的距离就可以由超声波在介质中的传播速度和发收超声波的时间得出了。

2　系统的硬件设计

测量和控制系统由以AT89S51单片机为核心的信号处理和控制电路及选用压电式转换器的采用超声波专用芯片TL851和TL852的超声波收发器组成。

TL851数字式集成型电路是专用的声纳测距类控制器，TL852模拟集成型电路由静、压电换能器接口两个芯片组成的专用的声纳测距类接收器。由TL851与TL852及其外围的元件产生超声波的信号，然后送至超声波换能器的装置是三极管与变压器，回波信号然后送入AT89S51是要先通过TL851、TL852等处理的。TL851测量的范围是6～35英寸。其内部振荡器是一利用低价格的外部陶瓷晶体振子振动的，使用的外部接口较简单和陶瓷晶振（420KHz），能够驱动一个静止变流器（50KHz）。TL851的INIT引脚必须在Vcc上电一段时间（5ms）才能够设置为高的电平，在这5ms内，系统复位，并生产了平稳的振荡。INIT设置为高的电平之后，发送了频率为（49.4KHz）、振幅为（400V）的16个脉冲的脉冲串波的TL851就致使了XDCH转换器工作了。这个转换器将16个脉冲在它中转化成为超声波而且发送了。16个脉冲结止过后，为保证转换器能够继续的工作仍有一个直流电电压为200V。

控制了两个超声波发、收器的是单片机AT89S51的P1口，其中，别分接超声波发、收器1的INIT，ECHO，BLNK，BINH引脚的是P1.0至P1.3；分别接超声波收发器2的INIT，ECHO，BLNK，BINH引脚的是P1.4至P1.7的。通过P1.0、P1.4（加到INIT引脚经反相逆变器）的清零启动超声波换能器发射超声波，同时开始了计数T1，和不断地查询P1.1、P1.5状态，当P1.1或者P1.5变为高的电平的时候，就能够接收到回波了，读取了T1的计数值。通过了T1的计数数值能够从发收射超声波的时间计算的得出，并且计算得出距离长度是发射处到对象物体的。

3　系统的软件设计

主程序主要是为了完成：初始化的前期工作、各路每个超声波的发射、接收的顺序的控制以及记录的超声波的发射时间。中断服务程序主要完成的有：时间值的读取、距离的计算、显示了或输出了结果等工作。软件主要包括主程序和中断程序这两个部分。

单片机INT0端口接前方测距电路的输出端，中断优先级是最高的，单片机INT1端口接通过放大器输出的左、右测距电路的输出，同样接到放大器的输入端的是单片机P1.1和P1.5，用来处理中断源识别的是程序的查询，右边中断优先于左边。

4　关于安装的要求

（1）对于铁属质地的容器，可以把涂上硅脂的工作面的探头直接贴在容器的底部使用的是磁性吸盘，若把与在同一直线的所测距离的探头指向，可以把探头固定用胶粘贴，或者在容器底部使用支架固定上，那么它的容器外壳上是没有玻璃等其他材料的；

（2）以避免罐底长期沉积污物对测量的影响，高于出液口或排污口，如不满足条件，应采取相应的措施以为了保证定时定期地清除罐底的污物；

（3）容器壁的安装表面的尺寸要圆面多于Φ80，表面粗糙度（等于1.6），倾斜度（大于3°）（旁通管除外），是在利用磁条性或焊、粘接等固定的方式安装液位测试头的时候。

[1]朱志伟,刘红兵.传感器原理与检测技术[M].南京：南京大学出版社,2012.

[2]任勇.单片机原理及应用[M].北京：清华大学出版社,2012.