超声波液位传感器的开发

论文摘要

液位测量广泛应用于石油、化工、气象等部门。超声波液位计是众多液位计中发展较快、应用较多的一种液位测量仪表。利用超声波测量液位是一种有效的非接触式测量方法,可广泛应用于各种需要测量的场合。近年来,随着高速数字信号、计算机、微电子、传感器等高新技术的应用与研究,超声波液位计的研究得到了长足发展。本文详细介绍了了超声波的物理特性、超声波液位测量技术的基本原理和实现方法,在借鉴和吸收国内外超声波液位测量技术的基础上设计了基于ATMEGA128的超声波液位计的硬件系统和软件系统,并就可能出现的干扰和影响进行了分析和给出了相应的解决方法。本文基于ATMEGA128设计了一套可编程、具有温度补偿、具有与外部通讯功能的超声波液位传感器。主要内容如下:1.论述了本课题的意义和超声波液位传感器的发展过程,并讨论了超声波传液位感器的发展前景。2.分析了超声波测距的原理,并就可能影响本系统测量精度的因素和干扰进行了详尽的分析并给出了相应的改进措施。3.研究开发了超声波液位传感器的硬件电路,主要包括超声波发射、接收电路、LED显示、报警电路等部分。4.提出了软件的总体设计方案以及各部分的流程。该超声波液位传感器的最大测量距离是3米,精度是±5 cm,它具有成本低、非接触、速度快、精度高、可靠性强、操作方便,有着广泛的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及重要意义
• 1.2 液位计的现状
• 1.2.1 接触型液位仪表
• 1.2.2 非接触型液位仪表
• 1.3 课题研究的历史与现状
• 1.4 国内外液位传感器的现状分析
• 1.5 超声波液位传感器的发展前景
• 1.6 本课题的重要内容
• 第二章 超声波测距的基本原理
• 2.1 声波的介绍
• 2.1.1 声波的概念和分类
• 2.1.2 声学基础知识
• 2.2 超声波的介绍
• 2.2.1 超声波波形
• 2.2.2 超声波的物理性质
• 2.2.3 超声波测量的特点
• 2.2.4 超声波的应用
• 2.3 超声波传感器
• 2.4 超声波的测距原理
• 2.5 超声波测距误差分析
• 2.5.1 影响超声波测距精度的因素
• 2.5.2 提高超声波测距精度的方案
• 2.6 盲区问题
• 第三章 超声波液位传感器系统的硬件设计
• 3.1 硬件电路的总体设计
• 3.2 系统电源电路设计
• 3.3 液位信息采集电路
• 3.3.1 超声波发射电路
• 3.3.2 超声波接收电路
• 3.3.3 温度测量电路
• 3.4 系统显示电路
• 3.5 报警电路
• 3.6 ATMEGA128 控制系统
• 3.7 时钟源
• 3.8 通讯接口模块
• 3.9 硬件抗干扰设计及 PCB 布线
• 3.9.1 硬件抗干扰
• 3.9.2 对电路板进行合理设计
• 第四章 超声波液位传感器系统的软件设计
• 4.1 主程序
• 4.2 定时中断子程序
• 4.3 外部中断子程序
• 4.4 数据显示部分的软件设计
• 4.5 串口通讯部分的软件设计
• 4.6 报警系统子程序
• 第五章 液位测量实验研究
• 5. 1 系统的实物图
• 5.2 在线调试
• 5.3 实验结果与测量精度分析
• 5.3.1 实验结果
• 5.3.2 测量精度分析
• 5.4 系统盲区的计算
• 第六章 总结
• 6.1 本文主要完成的工作
• 6.2 下一步的主要工作
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢