基于超声波的液位测量装置设计

发布时间：2017-09-08 23:28

  本文关键词：基于超声波的液位测量装置设计

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【摘要】：在化工行业快速发展的今天,工业中对液位高度的精确测量的要求也越来越高。在众多的液位测量方法中,超声波液位测量作为非接触测量方法中的一种,以其抗干扰、非接触、安装方便、抗腐蚀等特点,在液位测量领域得到越来越多的运用。对于密封罐体容器中的液位测量,大多数的液位测量方法都会破坏其本身的罐体结构,或者无法对密封罐体容器内的液位进行精确测量。传统的超声波液位测量方法通过机械结构的安装也会带来破坏罐体结构的问题。本课题的主要目的是在不破坏罐体本身结构的情况下,设计一款超声波液位测量装置对密封容器内的液位进行测量。借鉴国内外相关成熟的超声波液位测量方案,课题采用了一款体型小巧且测量方便的超声波换能器,主要以ATMEGA1284单片机为控制系统核心设计了一款测量装置。装置主要包括换能器、变送器、显示部分和机械安装部分四个部分。变送器包括硬件电路和软件编程部分。硬件电路主要包括电源供电电路、超声波发射和接收电路、滤波电路、对数放大等电路,通过相应的软件的编写调试将其整合成一款安全、可靠的超声波液位测量装置。该装置的显示部分采用LCD 12864液晶显示,辅助上位机进行监控,变送器的数据指令通过RS232通讯协议传输给上位机显示。机械安装部分主要设计了一款符合本换能器的机械安装结构,让其可以更灵活牢固的固定在密封罐体容器底部,最大限度的减小因为安装不可靠带来的测量误差。在数据指标所要求的温度和环境下,通过对密封容器的实际测量,装置测量的结果达到了预期目标。超声波液位测量装置总体工作正常,测量装置安全可靠。
【关键词】：超声波 单片机 液位测量 密封容器
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH816.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景和意义9
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势9-11
• 1.3 本文主要研究工作和内容结构11-13
• 2 超声波液位测量装置的原理和方法13-18
• 2.1 超声波液位测量的基本原理13-15
• 2.1.1 超声波的相关介绍13-14
• 2.1.2 超声波脉冲回波测量的基本原理14-15
• 2.2 超声波换能器的工作原理15
• 2.3 换能器探头的种类和选择15-16
• 2.4 换能器的测量盲区16-17
• 2.5 本章小结17-18
• 3 超声波液位测量装置总体设计18-29
• 3.1 超声波液位测量装置概述18
• 3.2 测量装置总体设计方案18-23
• 3.2.1 测量方案技术指标18
• 3.2.2 测量方案的选择18-21
• 3.2.3 测量装置的总体设计21-23
• 3.3 换能器选型23-26
• 3.4 机械安装部分结构设计26-28
• 3.5 本章小结28-29
• 4 超声波液位测量装置硬件设计29-40
• 4.1 硬件电路总体设计29-30
• 4.1.1 硬件设计步骤29
• 4.1.2 硬件原理图绘制方案29-30
• 4.2 电源电路30-31
• 4.3 控制系统电路31
• 4.4 超声波发射电路31-32
• 4.5 超声波接收电路32-36
• 4.5.1 限幅电路33
• 4.5.2 前置放大电路33-34
• 4.5.3 带通滤波电路34-36
• 4.5.4 末级放大电路36
• 4.6 串口通信电路36-37
• 4.7 温度补偿电路37
• 4.8 显示模块设计37-38
• 4.9 硬件电路制版设计38-39
• 4.9.1 元件库创建38
• 4.9.2 原理图绘制38
• 4.9.3 PCB板绘制38-39
• 4.10 本章小结39-40
• 5 超声波液位测量装置软件设计与调试40-50
• 5.1 软件系统总体设计40-44
• 5.1.1 软件开发平台搭建42
• 5.1.2 开发平台的下载与调试42-44
• 5.2 各模块软件调试44-48
• 5.2.1 电源电路调试44-45
• 5.2.2 发射脉冲调试45
• 5.2.3 发射驱动电压调试45-46
• 5.2.4 发射/接收信号调试46
• 5.2.5 A/D采样信号调试46-47
• 5.2.6 温度传感器调试47
• 5.2.7 串口通讯模块调试47-48
• 5.3 上位机软件设计48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 6 实验结果与误差分析50-58
• 6.1 实验测量结果50-53
• 6.2 误差分析及解决办法53-57
• 6.2.1 容器壁厚测量误差54
• 6.2.2 被测液体带来的误差54-55
• 6.2.3 对于随机误差的解决办法55-57
• 6.3 本章小结57-58
• 7 结论与展望58-61
• 7.1 结论58-59
• 7.2 展望59-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士期间发表的论文64-65
• 致谢65-67

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1 赵德宝;一种液位测量仪电路的设计[J];电子与自动化;2000年03期

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3 马晓明,潘海璋,刘文卓,朱立新,刘曦e，

本文编号：816962