超声波液位检测课件.ppt

1、超声波液位检测系统超声波液位检测系统电子1342 常新1304451209 设计方案：设计方案： 超声波液位检测系统框图单片机发射驱动接收驱动超声波发生器超声波接收器超声波液位检测系统由超声波发射电路、接收电路和信号处理部分构成。由单片机向发射电路提供脉冲，发射电路将其提高功率后经换能器发射；接收电路主要功能是硬件滤波、放大、降噪、整形，并将信号传输给单片机，再由单片机进行软件滤波、降噪等信号处理，并计算目标液位距离，同时使用DS18B20进行温漂修正。由单片机产生一个信号，经过信号线，把信号引入MAX232,经其提高发射功率，再由超声波换能器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超

2、声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s（15），根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：D=VT/2 设计方案：设计方案：其中，D为换能器与障碍物之间的距离，V为波声传播速度，T为超声波发射到返回的时间间距。发射电路发射电路发射电路结构简单，使用MAX232芯片作为升压模块，在收到单片机发送的40KHZ信号后，将TTL电平升压成RS232电平，由此提高发射功率。接收电路接收电路接收电路是本系统设计的重点和难点。其关系到能否接收到回波信号和回波信号的质量。核心器件为TL074四路低噪集

3、成运放。第一级放大：当超声波返回时，在换能器共振板振动上产生共振，使得换能器两端产生电压，由于电压幅值较小，首先进入由12、13、14引脚的运放和R2、R3、R1组成的反相放大器。带通滤波、第二级放大：经放大后的电压进入由8、9、10引脚，5、6、7引脚的运放及其外围电容电阻组成的带通滤波器，实际为低通和高通滤波器的组合，由滤波器将40KHZ频率选出，去除杂波，并进行二次放大。接收电路接收电路电压比较、反相输出：最后信号进入由1、2、3脚运放构成的电压比较器中，当3脚的信号大于1/2电源电压时输出高电平，否则输出低电平，但是由于TL074无法做到轨-轨输出，需要通过Q2转换为TTL电平才能被单

4、片机正确识别，另外Q2还起到一个反相器的作用。系统发出8个40khz超声波，超声波在空气传播，遇到障碍物返回，超声波接收头将声波转换成微弱的电信号（如图中接收到的信号）经过接收电路放大接收到的微弱信号转换放大成方波（图为信号经过接收电路后的波形），发射与接收用去的时间即t=T1-T0。信号分析处理信号分析处理信号分析处理信号分析处理信号处理部分由STC12C5201单片机完成，其在接到发射指令后，向MAX232输出40KHZ方波，并启动定时器计时，当TL074接受到返回的超声波后，将会给单片机一个信号，产生外部中断，此时关闭定时器，取出时间值。由于超声波定向能力强，碰到杂质或分界面会产生显著反

5、射，在同一介质传播速度相同，故该时间值乘上声速除以2即为待测距离。又由于声速受温度影响，可先由DS18B20测得当前温度，进行温漂修正，得到精确的待测距离。压电传感器压电传感器压电型超声波传感器的工作原理：利用压电效应的原理，压电效应有逆效应和顺效应，超声波传感器是可逆元件，超声波发送器就是利用压电逆效应的原理。在压电元件上施加电压，元件就变形。在图a所示的已极化的压电陶瓷上施加如图b所示极性的电压，外部正电荷与压电陶瓷的极化正电荷相斥，外部负电荷与极化负电荷相斥。由于相斥作用，压电陶瓷在厚度上缩短，在长度上伸长。若施加的极性变反，如图c所示，压电陶瓷在厚度上伸长，在长度上缩短。主程序流程图主

6、程序流程图 软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图3-1（a）（b） (c) 所示。主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。 定时中断服务子程序完成超声波的轮流发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。主程序首先是对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时计数器模式。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发，需要延时约0.1 ms（这也就是超声波测距仪会有一个最小可测距离的原因）后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用的是12 MHz的晶 振，计数器每计一个数就是1s，当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按式计算，即可得被测物体与测距仪之间的距离，设计时取20时的声速为344 m/s 测出距离再发超声波脉冲重复测量过程。为了有利于程序结构化和容易计算出距离，主程序采用C语言编写。 超声波测距测试超声波测距测试为了验证系统的测量精度，在空旷地进行极限测量。本系统可以进行2cm-400厘米范围的测量，精度在3mm以内。测试结果如图所示：在测量范围之内： 超出量程范围; 图 5-1 测量范围内的LCD显示效果 图 5-2 超出范围的LCD显示效果