超声波液位测量的原理

基于单片机的超声波液位测量系统的课程设计

河 南 工 业 职 业 技 术 学 院

Henan Polytechnic Institute

毕业设计（论文）

题 目 基于单片机的超声波液位测量系统的课程设计

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基于单片机的超声波液位测量系统的课程设计

前 言................................ ................ ..................................... 1 1 液位测量系统概述 ........................ ... ............................... 2 1.1 传感器与检测技术 ................................................... 2 1.2 液位测量系统的现状 ............................................... 3 1.3

本科生毕业设计（论文）

摘 要

超声波液位测量是一种非接触式的测量方式,它是利用超声波在同种介质中传播速度相对恒定以及碰到障碍物能反射的原理研制而成的。与其它方法相比(如电磁的或光学的方法),它不受光线、被测对象颜色的影响，对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此，研究超声波在高精度测距系统中的应用具有重要的现实意义。

本设计基于单片机的超声波液位测量系统主要由硬件与软件两部分组成，硬件是基于AT89C51芯片为核心的超声波液位测量，采用AT89C51单片机进行控制及数据处理，给出了超声波发射和接收电路，通过盲区的消除以及环境温度的采样，提高了测距的精确度。利用超声波传输中距离与时间的关系，设计出了能精确测量两点间距离的超声波液位检测系统。此系统具有易控制、工作可靠、测量精度高的优点，可实时检测液位。 并有超声波处理模块CX20106A、CD4069组成的超声波发射电路、超声波接收电路、单片机复位电路、LED显示电路、报警电路等。软件部分由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序组成。各探头的信号经单片机综合分析处理。

最后通过实物的调试，各项参数及功能符合设计要求，能达到预

山东交通学院毕业设计（论文）

摘 要

介绍了超声波测距的基本原理和系统框图，给出了超声波发射和接收电路，通过盲区的消除以及环境温度的采样，提高了测距的精确度。利用超声波传输中距离与时间的关系，采用8051单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波液位检测系统。系统主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、环境温度检测电路及显示电路构成。利用所设计出的超声波液位检测系统，对液面进行了测试，采集当时的环境温度获得精确的速度，计算出液面距离。此系统具有易控制、工作可靠、测量精度高的优点，可实时检测液位。

关键词： 超声波，液位测量，温度传感器

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李文婷：基于超声波的液位测量系统

Abstract

Introduces the basic principles of ultrasonic rangefinder and system diagrams, gives

ultrasonic transmitter and receiver circuit, Through the elimination of dead zone and the sampl

超声波液位传感器是一种常用的测量仪器，被广泛的应用于多个行业当中。超声波传感器是一种利用超声波的特性研制而成的传感器，具有测量精准、检 测范围广、使用灵活、维护简便等优点。接下来艾驰商城小编主要来为大家介绍一下超声波液位传感器的结构及工作原理，希望可以帮助到大家。 超声波液位传感器的结构

超声波传感器主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵 波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声传感器的核心是其塑料外套或者金属外 套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个传感器的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性 能。

超声波液位传感器的工作原理

超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成 为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射 形成反

超声波液位传感器是一种常用的测量仪器，被广泛的应用于多个行业当中。超声波传感器是一种利用超声波的特性研制而成的传感器，具有测量精准、检 测范围广、使用灵活、维护简便等优点。接下来艾驰商城小编主要来为大家介绍一下超声波液位传感器的结构及工作原理，希望可以帮助到大家。 超声波液位传感器的结构

超声波传感器主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵 波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声传感器的核心是其塑料外套或者金属外 套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个传感器的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性 能。

超声波液位传感器的工作原理

超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成 为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射 形成反

密 级 公 开 学 号201340513263

衡水学院

毕业论文（设计）

超声波液位检测电路设计

论文作者 ： 刘岩岩 指导教师 ： 侯晓云 系别 ：物理与电子信息系 专业： 电子信息工程 年级 ： 2013级 提交日期 ： 2017年4月18日 答辩日期 ： 2017年5月05日

毕业论文（设计）学术承诺

本人郑重承诺：所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不存在抄袭情况，论文（设计）中不包含其他人已经发表的研究成果，也不包含他人或其他教学机构取得的研究成果。

作者签名： 日 期：

毕业论文（设计）使用授权的说明

本人了解并遵守衡水学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定。即：学校有权保留或向有关部门送交毕业论文（设计）的原件或复印件，允许论文（设计）被查阅和借阅；学校可以公开论文（设计）的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文（设计）及相关资料。

作者签名：

超声波清洗的原理

由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械震动而传播到介质--清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅速闭合。在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1000个大气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面净化的目的。相比其它多种的清洗方式，超声波清洗机显示出了巨大的优越性。尤其在专业化，集团化的生产企业中，已逐渐用超声波清洗机取代了传统浸洗、刷洗、压力冲洗、气相清洗和蒸气冲洗等工艺方法。超声波清洗机的高效率和高清洁度，得益于其声波在介质中传播时产生的穿透性和空化冲击波。所以很容易将带有复杂外形、内腔和细空的零部件清洗干净，对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分钟即可完成，其速度比传统方法可提高几倍到几十倍，清洁度也能达到高标准。这在许多对产品表面质量和生产率要求较高的场合，用其它处理方法难以达到目的，更突出地显示了超声清洗、超声处理的优越性和其不可取代的地位。

超声波清洗的作用机理主要有以

超声波测距原理:

超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。

超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t／s，超声波传播速度为v／m·s－1

上海师范大学信机学院毕业设计

基于单片机的超声波液位控制器设计

摘要

课题针对液位检测的实际问题,开发了一种基于单片机的超声波液位检测仪.深入讨论了用超声波作为信号源进行液位检测的可行性及优越性，产生误差的各 种原因，提出了相应的解决办法。

超声波液位检测仪以单片机 AT89C51 单片机最小系统为核心，利用超声波作为检测信号的手段，对液位进行检测和数据处理，减少了测量过程中的人工干预，方便了工作人员对液位检测的实时监控。

该系统硬件电路设计包含了超声波发射电路、接收电路、温度测量电路和液 晶显示电路。软件设计中，采用模块化程序设计思想，将软件主要分为超声波驱 动与数据处理模块、功能模块两大模块。对软件的这种“自顶向下”的模块化软 件编程方法能使软件的结构清晰，有利于软件的调试和修改。

在设计中，由于需要测量的距离范围从几米到十几米，针对超声波振幅在传 播时呈指数衰减的特性，最大限度地提高驱动能力，对回波进行多级放大，达到 了设计要求。由于测量精度要求很高，系统进行了温度补偿设计。实验结果表明

该设计方法可以提高超声波液位检测仪的测量精度并且硬件开销不大。

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上海师范大学信机学院毕业设计

目 录

第一章 绪论 ....

上海师范大学信机学院毕业设计

基于单片机的超声波液位控制器设计

摘要

课题针对液位检测的实际问题,开发了一种基于单片机的超声波液位检测仪.深入讨论了用超声波作为信号源进行液位检测的可行性及优越性，产生误差的各 种原因，提出了相应的解决办法。

超声波液位检测仪以单片机 AT89C51 单片机最小系统为核心，利用超声波作为检测信号的手段，对液位进行检测和数据处理，减少了测量过程中的人工干预，方便了工作人员对液位检测的实时监控。

该系统硬件电路设计包含了超声波发射电路、接收电路、温度测量电路和液 晶显示电路。软件设计中，采用模块化程序设计思想，将软件主要分为超声波驱 动与数据处理模块、功能模块两大模块。对软件的这种“自顶向下”的模块化软 件编程方法能使软件的结构清晰，有利于软件的调试和修改。

在设计中，由于需要测量的距离范围从几米到十几米，针对超声波振幅在传 播时呈指数衰减的特性，最大限度地提高驱动能力，对回波进行多级放大，达到 了设计要求。由于测量精度要求很高，系统进行了温度补偿设计。实验结果表明

该设计方法可以提高超声波液位检测仪的测量精度并且硬件开销不大。

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上海师范大学信机学院毕业设计

目 录

第一章 绪论 ....