基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器

08-2學(xué)生姓名：侯偉一、研究背景與意義?液位測(cè)量在石油、化工、氣象等部門被廣泛應(yīng)用，尤其在化工業(yè)生產(chǎn)過程中，常需對(duì)密閉容器內(nèi)的液體液位進(jìn)行精確測(cè)量，由于這些液體一般都是易爆、易揮發(fā)、強(qiáng)腐蝕及有毒性液體，給傳統(tǒng)的接觸式液位檢測(cè)帶來一定難度，實(shí)現(xiàn)無接觸、智能化、高精度、低功耗、遠(yuǎn)距離無線操作是液位測(cè)量目前的發(fā)展方向。在這種背景下，無線超聲波液位計(jì)得到了快速發(fā)展。二、超聲波液位計(jì)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀?雖然超聲波技術(shù)應(yīng)用于液位測(cè)量在國(guó)際上已有較長(zhǎng)時(shí)間，而在我國(guó)從20世紀(jì)90年代才開始發(fā)展。近十年來，基于高速字信號(hào)的處理技術(shù)與微處理器技術(shù)的進(jìn)步，以及新型探頭材料與工藝的研究，超聲液位測(cè)量技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，顯示出強(qiáng)勁的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)與國(guó)外相比，在測(cè)量精度上還有一些差距。目前國(guó)外超聲波測(cè)量液位的精度可以達(dá)到lmm或1%最小盲區(qū)可達(dá)1cm；而國(guó)內(nèi)超聲波液位測(cè)量精度目前只能達(dá)到1.5%。盲區(qū)最小為2cm。三、超聲波測(cè)距原理如圖所示，液位高度計(jì)算公式:h=H-L=H-V*t／2在兩探頭相距非常近時(shí)，可將超聲波傳播路徑看成是與液面垂直的直線距離。由于超聲波是一種聲波，其聲速ν與溫度有關(guān)，其關(guān)系為：V=331.45+0.6t式中t為攝氏溫度，在使用中，根據(jù)環(huán)境溫度的變化，要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)有比較大的誤差。四、本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）硬件部分系統(tǒng)總體框圖大圖硬件電路圖請(qǐng)各位老師看黑板上的大圖器件清單及其選型本系統(tǒng)器件的選型主要從精度和成本進(jìn)行考慮。超聲波模塊一款常用的模塊本設(shè)計(jì)選用的模塊本模塊特色：1、模塊簡(jiǎn)單，不用芯片，成本極大降低。2、常用芯片工作過程不知道，無法對(duì)其進(jìn)行精確修正，它采用給發(fā)射信號(hào)，該模塊內(nèi)

置芯片自動(dòng)進(jìn)行測(cè)距，返回

值就是距離；本設(shè)計(jì)采用的

模塊僅僅是超聲波的發(fā)射接

收電路，方波的產(chǎn)生、計(jì)時(shí)、計(jì)算距離，均是自己通過單

片機(jī)軟件完成，這樣有利于

對(duì)測(cè)量的一次修正、二次修

正，有利于提高精度。3、本款模塊把18B20焊接在上面，確保了18B20所測(cè)溫度就是超聲波工作環(huán)境，有效減小了誤差。測(cè)溫模塊DS18B20具有以下特性：1)獨(dú)特的單線接口方式；在使用中不需要任何外圍元件；測(cè)溫范圍：-55℃~+125℃；分辨率：在-10℃~+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃；最大分辨率為0.0625℃；溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間小于1

s；可以程序設(shè)定9~12位的分辨率。無線模塊閥門開度控制與顯示模塊系統(tǒng)發(fā)射部分系統(tǒng)遠(yuǎn)程接收部分系統(tǒng)遠(yuǎn)程接收部分六、軟件設(shè)計(jì)部分七、實(shí)物調(diào)試

與此同時(shí)本設(shè)計(jì)針對(duì)本系統(tǒng)器件，通過實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了分段二次修正，為了修正的準(zhǔn)確性、可行性，本設(shè)計(jì)采用時(shí)間修正的方法進(jìn)行二次修正，具體修正方法見下表：不同溫度下有無溫度補(bǔ)償對(duì)照?qǐng)D15℃測(cè)量誤差25℃測(cè)量誤差八、結(jié)論本系統(tǒng)采用非接觸式測(cè)量方式，不影響被測(cè)表面，應(yīng)用范圍廣。實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)在空氣中測(cè)量范圍為2cm-200cm左右，測(cè)量時(shí)要求被測(cè)表面比較光滑平坦，確保超聲波能夠被反射回來，并被探頭接