【正文】 一章 引言、內(nèi)外液位計(jì)量?jī)x表的現(xiàn)狀早期國(guó)外液位計(jì)量?jī)x表大多采用機(jī)械原理，但近年來(lái)隨著電子技術(shù)的應(yīng)用，逐步向機(jī)電一體化發(fā)展，并且發(fā)展了許多新的測(cè)量原理。這類(lèi)儀表通過(guò)一個(gè)平衡浮子和重力敏感裝置，測(cè)量浮子的重量(在液面、液內(nèi)、界面上有不同的浮力)，并控制伺服電機(jī)動(dòng)作升降浮子，跟蹤液位變化，同時(shí)發(fā)出遠(yuǎn)傳信號(hào)。 MET1型磁效應(yīng)液位儀采用磁效應(yīng)原理,%,1995年又推出了BL30雷達(dá)液位儀，精度為士[1+(空高)3‰]。事實(shí)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(lái)完成)和使超聲波的能量轉(zhuǎn)換成其它易于檢測(cè)的能量(接收換能器來(lái)完成)。將電致伸縮板，用兩片金屬板做成夾層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的蘭杰文扳，具有較高的變換效率，多用于水中超聲波發(fā)生器。相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍非常有限，聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)、制超聲波油量測(cè)量?jī)x的時(shí)候，首先要分清接收器接收到的究竟是哪個(gè)信號(hào)。波束垂直入射到兩種介質(zhì)的界面如圖26所示，當(dāng)聲平面波垂直入射到聲特性阻抗不同的兩種介質(zhì)的平界面時(shí)，入射波的能量的一部分進(jìn)入介質(zhì)II，透射波能量為(tI),另一部分被界面反射，仍在I中傳播，其能量為（Ir）。測(cè)出從超聲波發(fā)射脈沖串至接收到回波信號(hào)的傳輸時(shí)間，即渡越時(shí)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(shí)間和聲速，就可算出要測(cè)的距離。第四章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)按設(shè)計(jì)要求，根據(jù)超聲波測(cè)距原理，以AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)為核心，開(kāi)發(fā)超聲波油量測(cè)量?jī)x。除ROM和RAM外，芯片內(nèi)部還有三個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，在本系統(tǒng)中定時(shí)器T0用來(lái)做脈沖輸出的定時(shí)器，定時(shí)器T1用來(lái)測(cè)量超聲波的傳輸時(shí)間[4]。斷開(kāi)1,2管腳的連接，等待回波信號(hào)的通過(guò)。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3個(gè)引腳小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路[16]。當(dāng)然根據(jù)設(shè)計(jì)的要求管腳發(fā)出的應(yīng)該是脈沖串(每20個(gè)脈沖為一串)，以滿足測(cè)量的要求。在啟動(dòng)后默認(rèn)顯示油量深度，當(dāng)用戶需要了解油量的體積時(shí)，可按3號(hào)鍵來(lái)顯示體積，如果需要恢復(fù)油量深度的顯示，只需再按一次3號(hào)鍵。利用電容、電感等儲(chǔ)能元件可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的干擾。考慮到油面波動(dòng)的影響，需要測(cè)三次，取平均值。在此論文完成之際，謹(jǐn)向劉老師致以最真誠(chéng)的謝意!感謝老師在這么長(zhǎng)時(shí)間里給我的多次幫助!感謝曾經(jīng)所有幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們!感謝培育了我的母校！。結(jié) 論在做論文的過(guò)程中，首先進(jìn)行了市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的許多小油庫(kù)、加油站還在使用最原始的人工檢尺進(jìn)行油量的測(cè)量。去耦濾波技術(shù)在直流電源回路中，負(fù)載的變化會(huì)引起電源干擾。CPU對(duì)8279的監(jiān)視采用中斷方式。根據(jù)頻率與周期的關(guān)系，很容易計(jì)算出其周期為25 u s，由于采用的晶振為12MHz，即每執(zhí)行一條指令需用時(shí)1us，所以定時(shí)器T0的定時(shí)時(shí)間只能取12us(換算成定時(shí)常數(shù)為0F4)，也就是說(shuō)每隔12us的時(shí)間就讓輸出信號(hào)翻轉(zhuǎn)一次，這樣輸出信號(hào)就變成了頻率將近為40KHz的脈沖序列。為了不占用CPU太多機(jī)時(shí)，設(shè)定8279工作于中斷方式。如圖42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(yàn)中所觀察到的現(xiàn)象，超聲波發(fā)射器在發(fā)射超聲波時(shí)，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(hào)直接加到回波信號(hào)中，干擾回波信號(hào)的檢測(cè)。AT89C52內(nèi)部有256個(gè)字節(jié)的RAM，地址范圍是00HFFH，但實(shí)際提供給用戶使用的只有128個(gè)字節(jié)(00H7FH)，另128個(gè)字節(jié)(80HFFH)是特殊寄存器區(qū)。操作人員可以通過(guò)一臺(tái)上位機(jī)對(duì)多個(gè)油量測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量、數(shù)據(jù)傳輸以及輸出打印等控制。第三章 超聲波油量測(cè)量?jī)x的總體設(shè)計(jì)超聲波油量測(cè)量?jī)x是根據(jù)“回波測(cè)距”原理設(shè)計(jì)的。這就要求在處理超聲波接收器接收到的信號(hào)時(shí)，采取多級(jí)放大的辦法。由于液位計(jì)量?jī)x一般安裝在表井的蓋上，測(cè)量的空間非常窄小，而超聲波又是不可見(jiàn)波，超聲波傳感器的接收器接收到的信號(hào)，是否正好是從液面反射的信號(hào)，無(wú)法確定，一般存在三種可能情況：(1)從液面反射的信號(hào)，(2)表井壁反射的信號(hào)，(3)超聲波傳感器的發(fā)射器發(fā)出信號(hào)，經(jīng)液面上方的氣體層，穿過(guò)液體層，在罐底反射，再經(jīng)過(guò)液體，氣體，直到被接收器接收。（db） 聲壓電平圖23聲壓電平特性曲線靈敏度(db/v/ubar) 圖24靈敏度特性曲線由這些特性曲線圖可知,T/R40超聲波傳感器在輸入頻率為40KHz時(shí)各種特性都呈出最佳狀態(tài)，因此為了得到最佳效果必須使單片機(jī)輸出方波的頻率為40KHz。超聲波發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：反壓電效應(yīng)、電致伸縮效應(yīng)、動(dòng)電效應(yīng)、電磁效應(yīng)，磁致伸縮效應(yīng)等，它恰好是上述超聲波接收器的相反作用，所以從結(jié)構(gòu)上看，發(fā)射與接收呈一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。另外，為了保證超聲波油量測(cè)量?jī)x工作的可靠性和穩(wěn)定性，在軟、硬件兩個(gè)方面都采取了相應(yīng)的抗干擾措施。目前國(guó)內(nèi)計(jì)量?jī)x表的發(fā)展主要采用引進(jìn)加仿制等手段。由于滑輪機(jī)械裝置的摩擦力和鋼帶重量，這類(lèi)液位儀的測(cè)量誤差一般約為士(410)mm。從國(guó)外液位儀表的發(fā)展動(dòng)向看，當(dāng)前主要有三個(gè)熱點(diǎn)：①智能化液位儀；②非接觸測(cè)量方式的液位儀；③新原理的小型液位開(kāi)關(guān)。當(dāng)接收到回波信號(hào)時(shí)，由于來(lái)回傳播的時(shí)間延遲，發(fā)射頻率已改變了。該超聲波油量測(cè)量?jī)x與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比具有非接觸、精度高、實(shí)時(shí)測(cè)量、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。超聲波傳感器用等效電路(如圖22所示)來(lái)分析共振頻率附近的超聲波換能器的特性：圖21超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖22超聲波傳感器等效電路圖換能器的能量用，電能用表示。當(dāng)超聲波傳來(lái)時(shí)，受音板發(fā)生位移，使磁路磁場(chǎng)發(fā)生變化，在拾音線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這里利用單片機(jī)定時(shí)器計(jì)數(shù)的方法間接測(cè)量時(shí)間，可以把聲波傳播的時(shí)間精度提高到所需準(zhǔn)確度。由式(22)，(23)知，在空氣里/cm，當(dāng)振動(dòng)的聲波頻率f =40KHz，代入式(23),可得cm,沿著波的傳播方向10米處，x =10m。由于折射波不會(huì)被接收器接收，我們只考慮波的反射問(wèn)題。單片機(jī)在發(fā)送脈沖的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波遇到障礙物后的回波被超聲波接收換能器接收，其輸出的正弦波經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大，再經(jīng)過(guò)電壓比較器和D觸發(fā)器產(chǎn)生中斷信號(hào)中斷單片機(jī)的計(jì)時(shí)，這樣就得到了超聲波的傳輸時(shí)間，然后在中斷服務(wù)程序中根據(jù)測(cè)出的時(shí)間計(jì)算出距離。5．看門(mén)狗電路是由MAX813芯片組成，主要完成對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。變壓器在這里主要起隔離作用。考慮到各種操作與數(shù)據(jù)輸入應(yīng)該是相互獨(dú)立的，為了節(jié)省硬件成本，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)3 X4的鍵盤(pán)陣列。當(dāng)超聲波接收器接收到回波信號(hào)時(shí)停止計(jì)時(shí)，由此得出超聲波的傳輸時(shí)間T,再利用公式S=UT/2(其中U為聲速)，可求出待測(cè)距離S，由此算出油的深度和體積，并及時(shí)地顯示出來(lái)。為了減小誤差，使測(cè)量更加準(zhǔn)確，每測(cè)出5個(gè)數(shù)據(jù)后取一次算術(shù)平均，再存儲(chǔ)并送去顯示。上位機(jī)接收完數(shù)據(jù)后，要向油量測(cè)量?jī)x發(fā)送一個(gè)確認(rèn)碼，如果接收的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不對(duì)，則重新發(fā)送若正確，則終止通訊。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)求平均值干擾信號(hào)多呈毛刺狀，且作用時(shí)間短，具有隨機(jī)性。參考文獻(xiàn)[1][M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.[2]劉茂愷,[J].應(yīng)用聲學(xué),2004.(1).[3]草建海,路長(zhǎng)厚,[J].儀表技術(shù)與傳感器, 2004, 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[14]Wayne Labs. Level measurement: Pressure methods Dominate. Iamp。比較了各類(lèi)液位計(jì)量?jī)x表的優(yōu)劣后，決定用超聲波作為控制信號(hào)，研制超聲波油量測(cè)量?jī)x。本系統(tǒng)采用含有芯片MAX813的看門(mén)狗電路，當(dāng)系統(tǒng)由于某些不明原因而陷入死循環(huán)時(shí)，此時(shí)RST端將向CPU發(fā)出復(fù)位信號(hào)使CPU復(fù)位。本設(shè)計(jì)設(shè)定波特率為1200，系統(tǒng)所用的晶振頻率為12MHz,T1工作于工作方式2，由波特率的計(jì)算公式：可求出定時(shí)器1的初值為X＝230=E6H。當(dāng)接收電路接收到反射的回波后，產(chǎn)生外部中斷信號(hào)，引起AT89C52的外部中斷0中斷，進(jìn)入外部中斷處理子程序。由于單片機(jī)提供的電平是TTL的，而計(jì)算機(jī)提供的是RS232電平，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信，必須對(duì)它們的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)