【正文】 gram, the software is divided into ultrasonic drive and data processing modules, function modules into two categories. This circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon , calculating simple , easy to acplish realtime control ,and it can reach industry39。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的 學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。在傳統(tǒng)原理中也滲透了電子技術(shù)及微機(jī)技術(shù)，結(jié)構(gòu)有了很大的改善，功能有了很大的提高。2mm的人為誤差。由于滑輪機(jī)械裝置的摩擦力和鋼帶重量，這類液位儀的測量誤差一般約為 177。 (3)智能化液位儀 伺服式液位儀是此類儀表的代表。另外還可以測量密 度、界位等計量參數(shù)，具有自診斷及通信功能。 (4)超聲波液位儀 超聲波液位儀是非接觸液位 測量 儀中發(fā)展最快的一種。新型氣密結(jié)構(gòu)、耐腐蝕的超聲換能器可測量高達(dá) 15m的液位， E+H 公司研制的 Prosonic FMU860/861/862 超聲液位儀精度可達(dá) 177。當(dāng)接收到回波信號時，由于來回傳播時間的延遲，發(fā)射頻率發(fā)生了改變。 (6)激光液位儀 其測量原理同超聲波式液位儀，只是用光波代替超聲波。 (7)γ射線液位儀 該技術(shù)是基于 γ 射線對不同物質(zhì)產(chǎn)生不同衰減的理論，將放射源鉆 60 或艷 137置于一個防護(hù)容器內(nèi)，放在被測容器的一側(cè)，在其對面，裝有一個檢測器，當(dāng) γ射線穿透容器時，它被衰減，其衰減率取決于被測液體的密度、吸收系數(shù)和厚度。 E+H 公司提出了一個 “ 點(diǎn)放射 /棒探頭接收 ” 的概念，這樣放射源被降到最小，而且容易安裝，目前該公司研制的 FMG671 已用于過程控制。德國 Krohne 公司的 LS3000 諧振振動開關(guān)精度可達(dá) 177。 目前國內(nèi)計量儀表的發(fā)展主要采用引進(jìn)加仿制等手段，還有許多合資企業(yè)代理國外相應(yīng)產(chǎn)品?？偤笥土涎芯克钚卵兄频?UGJ98 型光導(dǎo)式油罐計量遙測系統(tǒng)，采用光柵干涉原理，以圓光柵傳感器為核心，結(jié)合高速數(shù)據(jù)采集和抗干擾處理技術(shù)及 RS485總線標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)光電一體化，一次儀表不帶電，系統(tǒng)綜合精度達(dá)到 177。因此提高油 量 的 測 量精度和自動化管理水平，其重要性是明顯的。機(jī)械鋼帶式液位儀傳動部件多，可靠性較差，又因需要罐內(nèi)安裝，維護(hù)困難。γ射線液位儀使用了放射源，易引起對環(huán)境的污染。 隨著智能化檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，利用超聲波進(jìn)行油量檢測在加油站及油庫中起著越來越重要的作用。 超聲波油量測量儀的研究內(nèi)容 確定了總體方案后，在對超聲波測距的可行性進(jìn)行了理論分析的基礎(chǔ)上，利用計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、以及超聲波在介質(zhì)中的傳播特性等，研制出了超聲波油量測量儀的硬件部分，編寫了相應(yīng)的軟件程序，并進(jìn)行了調(diào)試和試運(yùn)行。由于本設(shè)計對計算的精度要求較高，所以采用 C51 編程，借助 C 語言的浮點(diǎn)計算能力，提高計算精度。在這一頻率范圍內(nèi)的振動稱 為有 聲振動，聲振動所激起的縱波稱為聲波。超聲波在相同的傳播媒體里 (大氣條件 )傳播速度相同，即在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)聲速不隨頻率變化，波動的傳播方向與振動方向一致。在 (1/a)長度上，平面聲波的振幅衰減為原來的 e 分之一，由此可以看出，頻率越高，衰減得越厲害，傳播的距離也越短。另外，超聲波在空氣中傳播的速度較慢，約為 330m/s，這就使得超聲波傳感器使用變得非常簡單。諧振頻率變高，則檢測距離變短，分解力也變高。m 級，頻率已擴(kuò)大到 GHz 領(lǐng)域，分辨率 達(dá) 181。實(shí)質(zhì)上，超聲波發(fā)生器即是超聲波換能器：它將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成超聲波的能量 (發(fā)射換能器來完成 )和使超聲波的能量轉(zhuǎn)換成其它易于檢測的能量 (接收換能器來完成 )。目前使用較多的是電氣類中的壓電型超聲波發(fā)生器。給它的兩電極加脈沖信號 (觸發(fā)脈沖 )，當(dāng)其頻率等于晶片的固有頻率時，壓電晶片就會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，從而產(chǎn)生超聲波。設(shè)換能器在空載 (Z1=0)和有載 (Z1R1)時的 Q 值分別為 QM0、 Qm，則有： 100 1 0 010m LQ R C R???? （ 24） 100 1 1 0 0 11()m LQ R R C R R? ????? （ 25） 0 0 0 0eQ C R?? （ 26） 0 0 0 1()eQ C R R??? （ 27） 超聲波換能的工作效率為： 110RRR?? ? （ 28） 當(dāng)交變電信號從引線加到超聲波發(fā)射器件中，由壓電陶瓷片和諧振片組成的振子會彎曲振動，驅(qū)動錐形輻射器發(fā)出超聲波，當(dāng)空中傳來的超聲波被接收器件的錐形輻射器會聚后，驅(qū)動振子產(chǎn)生彎曲振動，從而在電極間輸出與此波動相對應(yīng)的交變電信號，通過對此信號的處理，可實(shí)現(xiàn)各種檢測。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 8 當(dāng)發(fā)送超聲波束碰到被檢測物體時，僅檢測電位器設(shè)定距離內(nèi)物體反射波的方式，從而判斷在設(shè)定距離內(nèi)有無物體通過。 在距離設(shè)定范圍內(nèi)放置的反射板碰到發(fā)送的超聲波束時，則被檢測物體遮擋反射板的正常反射波，若 檢測到反射板的反射波衰減或遮擋情況，就能判斷有無物體通過。另外，光電傳感器所用的反射板同樣也可以用于這種超聲波傳感器。 (1)超聲波傳感器型號代碼 例 ： T 4 0 1 6 外 殼 直 徑 （ m m ）中 心 頻 率T ： 發(fā) 射 ， R ： 接 收 (2)超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 9 (3)性能指標(biāo) T/R4010 T/R4012 T/R4016 中心頻率 40177。25%PF 2500177。 超聲波油量測量儀測量原理 測量原理 超聲波測距的方法有很多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等?，F(xiàn)在常用的人工檢尺法就是用鋼卷尺測出油的高度，查表得到儲油量。用超聲波測量儲罐內(nèi)的油量，實(shí)際就是要測量罐頂?shù)接兔娴木嚯x，由此算出儲油罐內(nèi)油 面 的高度，進(jìn)一步計算出油的體積和重量 [2][7]。如要求 h的測量誤差小于 1cm，已知聲速 181。 具體的做法是，每隔一段 時間發(fā)射一串超聲波脈沖，在發(fā)射脈沖串的同時開始單片機(jī)定時器記數(shù)，在超聲波接收器接收到反射信號時，停止單片機(jī)計數(shù)。由于液位 測量儀一般安裝在 儲油罐 的 井 蓋上，測量的空間非常窄小，而超聲波又是不可見波，超聲波傳感器的接收器接收到的信號，是否正好是從液面反射的信號，無法確定，一般存在三種可能情況： （ 本測量儀也適用于一般的液體，故做一般性討論 ) (1)從液面反射的信號。因此，我們在設(shè)計、制作超聲波油量測量儀的時候，首先要分清接收器接收到的究竟是哪個信號。 散射引起的衰減。由于超聲波傳播過程中所遇到的介質(zhì)顆粒都比較小 (大多為揮發(fā)性氣體分子 )，散射衰減也可忽略。為介質(zhì)中聲速； φ必為初相，與記時起點(diǎn)有關(guān)。 我們把單位時間內(nèi)，通過垂直于波的傳播方向上單位面積的能 量稱為能流密度，能流密度的時間平均值，稱為波的強(qiáng)度 。 入 射 波 束透 射 波反 射 波介 質(zhì) I（ 空 氣 ）介 質(zhì) II（ 油 ） 圖 28 波束垂直入射到液面的反射波和投射波 9 9 )4 3 9109 8 0/(109 8 02)/(2 33122 ???????? zzzt t 為正值，入射波和透射波相位相同，透射波具有入射波聲壓的 200% ?? rR 說明反射波與入射波的強(qiáng)度之比為 %。 (如鋁罐 ) 當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)斜入射到另一種介質(zhì)時，如果兩種介質(zhì)的聲速不同，在界面上會產(chǎn)生聲波的反射、折射、和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn) 象。 由以上分析可知，雖然超聲波 在傳播過程中有能量損耗，且波束可以有多種路徑傳播，同時還存在著多種干擾信號，但就接收器接收到的信號強(qiáng)弱而言，只有從液面反射的信號最強(qiáng)。測出從超聲波發(fā)射脈沖串至接收到回波信號的傳輸時間，即渡越時間，超聲波在同一種介質(zhì)中的傳輸速度是不變的，那么由渡越時間和聲速，就可算出要測的距離。 軟件部分主要包括系統(tǒng)初始化模塊、超聲波驅(qū)動及信號處理模塊、鍵盤及顯示模塊、打印和通信模塊等，軟件采用模塊化設(shè)計思想，可使程序設(shè)計思路清晰，便于調(diào)試。 啟動超聲波油量測量儀測距時， 由單片機(jī) AT89C51 編程產(chǎn)生 40kHz 的方波， 每長春工業(yè)大學(xué)學(xué)位學(xué)士論文 16 20 個脈沖為一串， 再經(jīng)過放大電路，驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。如此反復(fù)，每測出五個距離就取一次平均值存儲并顯示。這樣不但減少了測量過程中的人工干預(yù)，為測量帶來了方便，而且還便于管理。 超聲波接收電路主要包括放大、電壓比較和中斷信號輸出等部分。 看門狗電路是由 MAX813 芯片組成，主要完成對系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 GND：接地。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 圖 32 單片機(jī) 89C51 的管腳圖 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL門電流，當(dāng) P2 口被寫 ―1‖時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 ―1‖時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器 (0000HFFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。為超聲波的傳播速度。 如圖 33 所示： 12J5T 40 16R61 50D11 2VD21 2VT1T R A N S 1Q3IF R 6 40GND. ... 圖 33 發(fā)射部分電路 由第二章的討論可以知道，油量測量儀所用的 T/R4016 型超聲波傳感器在頻率40kHz，幅值 20V 的電壓驅(qū)動下，各種性能最佳，所以通過單片機(jī)的 管腳輸出40kHz的脈沖信號給發(fā)射電路。由于變壓器的輸入端的電阻很小，只有，所以在 12V電源的接入端，加了一個 150Ω的電阻用來限制電流，這樣不至于使電源部分的元件過熱。如圖34所示，根據(jù)所用的 T/R4016型超聲波傳感器的資料以及在實(shí)驗中所觀察到的現(xiàn)象，超聲波發(fā)射器在發(fā)射超聲波時，有一部分聲波從發(fā)射探頭直接傳到接收探頭，這部分信號直接加到回波信號中，干擾回波信號的檢測。 兩級放大電路都是含運(yùn)放 UA741 的反向比例電路，放大倍數(shù)達(dá)到了 100 倍，以滿足長距離的測量要求?？捎脝坞娫垂╇?(如 +5V)，也可用雙電源供電 (如 177。通過實(shí)驗觀察， LM311的輸出信號符合設(shè)計要求，可以把它作為 D 觸發(fā)器的時鐘信號。 12J6R 4 0 16R51 0KR 1 02 0KR61 00 K1213U 1 1A4 06 62374615U8U A 7 412374615U9U A 7 41C 1 71 00 U /2 5 VC 1 81 00 U /2 5 V+ 12 VR71 0KR81 00 KW11 0K1 2 V+ 12 V1 2 VGNDGND GNDGND2376 5184U1L M 3 11C L K3D2SD4CD1Q5Q6U 2 1A7 4A L S 7 4R91 2K5VGNDGND...+ 5V+ 12 V 圖 34 接收部分電路 8279 接口電路與鍵盤顯示電路 可編程鍵盤 /顯示器接口芯片 8279 簡介 8279 芯片是一種專用于鍵盤、顯示器的接口芯片， 它能對顯示器自動掃描，能識別鍵盤下閉合鍵的