專利名稱：超聲波遙感液位顯示控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型應(yīng)用于非接觸液位測(cè)量與控制，集成了超聲波距離、液位顯示、 整定值設(shè)定，輸出設(shè)備控制，液位失控及設(shè)備故障報(bào)警功能。簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)液位 控制設(shè)備。二、 背景技術(shù)目前公開(kāi)的超聲測(cè)距系統(tǒng)，主要應(yīng)用于距離測(cè)量，追求高精度。對(duì)于噪聲 引起的干擾，由人腦做出判斷。當(dāng)做液位控制時(shí)，噪聲引起的干繞容易引起執(zhí) 行機(jī)構(gòu)誤動(dòng)作。已有的超聲測(cè)距設(shè)備一般作成標(biāo)準(zhǔn)傳感器方式，使用標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)(4-20ma電流或0-IOV電壓)傳輸，模擬信號(hào)易受干擾，溫度特性差，不 能糾錯(cuò)。還需配用二次儀表與可編程控制器PLC才能構(gòu)成完整液位控制系統(tǒng)，性價(jià)比太低，因此未能普及。傳統(tǒng)液位控制器工作方式主要有以下兩種l.使用浮球的簡(jiǎn)單液位控制，因浮球觸點(diǎn)接觸不良、浮球卡滯或漏液等問(wèn)題，容易 出現(xiàn)誤動(dòng)作。無(wú)液位顯示，多臺(tái)輸出設(shè)備控制功能簡(jiǎn)單，可靠性較差，不能集中控制。2.使用壓力傳感器測(cè)量液體低部與表面的壓差，換算為液體深度的方 式，需要二次儀表做為顯示和輸出控制，通用儀表只有報(bào)警和一路輸出，多臺(tái) 輸出設(shè)備的智能控制還需要可編程控制器PLC。造價(jià)高。使用模擬信號(hào)傳輸?shù)膯?wèn) 題同樣存在。使用壓力傳感器屬于接觸式測(cè)量，對(duì)要測(cè)量的介質(zhì)有限制。本實(shí)用新型充分利用了超聲傳感器的非接觸方式，通過(guò)全數(shù)字處理保證了 測(cè)量精度，專用濾波程序很好地解決了干擾引起的誤動(dòng)作問(wèn)題。并把可編程控 制器(PLC)的功能集成在單片機(jī)中，構(gòu)成了一款高性價(jià)比的液位控制器。三、 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型公開(kāi)了一種全部采用數(shù)字技術(shù)，利用非接觸測(cè)量方式，實(shí)現(xiàn)距 離測(cè)量，數(shù)值顯示，整定值輸入，輸出判定，智能分配輸出設(shè)備，設(shè)備故障檢 測(cè)、故障設(shè)備棄用，自身故障檢測(cè)，故障報(bào)警?？撮T(mén)狗自動(dòng)復(fù)位，與上位機(jī)通 訊等功能的全自動(dòng)非接觸式液位控制器。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下單片機(jī)上電或復(fù)位自檢后讀取非易失性 隨機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的設(shè)定值，準(zhǔn)備與測(cè)量值比較。然后發(fā)出測(cè)試脈沖信號(hào)給超聲波 功率放大器，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)超聲波換能器，發(fā)射超聲波后開(kāi)始計(jì)時(shí)，換能器收 到回波，經(jīng)接收電路放大、整形檢波后處理為單片機(jī)可以接受的數(shù)字信號(hào)，傳3送給單片機(jī)。單片機(jī)接收到回波信號(hào)后停止計(jì)時(shí)。根據(jù)超聲波的傳播速度，把 所計(jì)時(shí)間換算為距離值。多次測(cè)量后利用專用濾波程序做滾動(dòng)數(shù)字濾波，排除 千擾信號(hào)，得到真實(shí)的距離值并通過(guò)顯示設(shè)備輸出。此距離值與設(shè)定的輸出整 定值比較，決定是否輸出。如果需要輸出，再根據(jù)設(shè)備狀況設(shè)定值或工作過(guò)程 中的設(shè)備狀況采樣值決定輸出到哪臺(tái)設(shè)備。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路輸出。在距離測(cè)量的 間隔時(shí)間，單片機(jī)采樣鍵盤(pán)電路和外部設(shè)備狀況反饋接口，如果有新的整定值或設(shè)備狀況信息輸入，處理后寫(xiě)入非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)。單片機(jī)在止:常工作時(shí)不 斷輸出喂狗脈沖給看門(mén)狗電路，因死機(jī)出現(xiàn)喂狗脈沖消失，看門(mén)狗電路發(fā)出復(fù) 位脈沖使整機(jī)復(fù)位。因水位失控，有設(shè)備發(fā)生故障等情況，給出報(bào)警信號(hào)。單片機(jī)使用485總線與上位機(jī)通信?？梢杂缮衔簧糽集中控制。本實(shí)用新型控制器可以直接驅(qū)動(dòng)電磁閥。只需外接兩個(gè)接觸器，即可組成 驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)泵的智能液位控制系統(tǒng)。四、
圖1為本實(shí)用新型的電原理框圖圖2為本實(shí)用新型的電源圖部分 圖3為本實(shí)用新型的主單片機(jī)及鍵盤(pán)圖部分 圖4為本實(shí)用新型的看門(mén)狗及通信隔離圖部分 圖5為本實(shí)用新型的顯示及輸出驅(qū)動(dòng)圖部分 圖6為本實(shí)用新型的超聲波處理電路部分 圖7為本實(shí)用新型的輸出及通信電路圖部分 圖8為本實(shí)用新型的元件布局圖五具體實(shí)施方式
附圖為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體內(nèi)容做進(jìn)一步說(shuō)明。參照?qǐng)D1所示的本實(shí)用新型原理框圖，包括1、超聲換能器；2、發(fā)射及接收電路；3、非易失存儲(chǔ)器電路；4、鍵盤(pán)電路；5、外圍設(shè)備狀況信息輸入及隔 離電路；6、與上位機(jī)通信電路(RS485); 7、看門(mén)狗電路；8、顯示電路；9、報(bào)警輸出電路；10、 一路輸出驅(qū)動(dòng)；11、 二路輸出驅(qū)動(dòng)；12、 一路輸出；13、 二路輸出；14、電源龜路；15、主控單片機(jī)。具體工作方式為，電源電路14提 供適當(dāng)?shù)碾娫唇o各功能模塊。單片機(jī)15復(fù)位(上電、手動(dòng)、看門(mén)狗)后讀取非4易失存儲(chǔ)器3內(nèi)的整定值備用。并發(fā)出超聲波信號(hào)，經(jīng)發(fā)射電路2放大后送超 聲波換能器1發(fā)出超聲波。返回信號(hào)經(jīng)換能器1接收后再經(jīng)接收龜路2放大、 整形、濾波等處理后送主控單片機(jī)15。由主控單片機(jī)15根據(jù)超聲波返回的時(shí)間 和超聲波在介質(zhì)中的速度計(jì)算出距離。此距離值暫存于內(nèi)存中，多次采樣后的 多個(gè)距離值使用數(shù)字滾動(dòng)濾波程序除掉千擾，真實(shí)值送LED顯示電路8顯示， 并用此值與非易失存儲(chǔ)器電路3內(nèi)存儲(chǔ)的設(shè)定值比較，決定是否輸出。如果需 要輸出，再根據(jù)非易失存儲(chǔ)器電路3內(nèi)的設(shè)備狀況設(shè)定值或工作過(guò)程中的設(shè)備 狀況采樣值決定輸出到11-13或12-14。本實(shí)用新型設(shè)定為每0. 5秒采樣一次距 離值，間隔時(shí)間處理鍵盤(pán)4信號(hào)，如有新的設(shè)定值輸入，寫(xiě)入非易失存儲(chǔ)器電 路3的存儲(chǔ)器內(nèi)。在11-13或12-14有"路輸出的情況下采樣外圍設(shè)備狀況信 息5，外部設(shè)備異常時(shí)自動(dòng)更換輸出，棄用工作異常設(shè)備，并在報(bào)警輸出電路9 t輸出報(bào)警信號(hào)。單片機(jī)在正常工作時(shí)定時(shí)輸出喂狗脈沖給看門(mén)狗電路7，如果 死機(jī)或程序跑飛進(jìn)入死循環(huán)，喂狗脈沖消失，看門(mén)狗電路7發(fā)出復(fù)位脈沖使主 控單片機(jī)15復(fù)位，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。如果水位失控，報(bào)警輸出電路9 也會(huì)輸出報(bào)警信號(hào)。本實(shí)用新型通過(guò)通信電路6與上位機(jī)交換信息，采用RS485 總線，通信距離最大可達(dá)到1.2千米?？捎缮衔霍閘集中控制多臺(tái)控制器。圖2所示為本實(shí)用新型的電源電路，使用專用TOP系列單芯片開(kāi)關(guān)電源集 成電路，輸出+5V及+12V電壓，供需要的電路使用。圖3所示為本實(shí)用新型的主控單片機(jī)及鍵盤(pán)電路，主控單片機(jī)使用89C51 或89C52，為降低成本，鍵盤(pán)直接使用單片機(jī)的P1 口。圖4為本實(shí)用新型的看門(mén)狗及通信隔離圖，看門(mén)狗電路使用555電路構(gòu)成， 在主控單片機(jī)故障時(shí)自動(dòng)復(fù)位。通信電路與外通信線路使用光耦合器隔離。避 免通信線路上的感應(yīng)信號(hào)干擾單片機(jī)。圖5為本實(shí)用新型的顯示及輸出驅(qū)動(dòng)電路，顯示電路由三位LED數(shù)碼管構(gòu) 成，最大顯示999 (CM)，液位變化可精確到l (CM)。驅(qū)動(dòng)龜路由晶體管構(gòu)成。圖6為本實(shí)用新型的超聲波處理電路，完成放大輸出超聲波信號(hào)，與超聲 波傳感器匹配，接收回波信號(hào)，濾波，整形等功能。圖7為本實(shí)用新型的輸出及通信電路圖，使用485通信專用集成電路，構(gòu) 成標(biāo)準(zhǔn)通信模塊。輸出使用繼電器輸出并與外部設(shè)備隔離。圖8為本實(shí)用新型的元件布局圖。使用標(biāo)準(zhǔn)儀表外殼。本實(shí)用新型已有多臺(tái)樣機(jī)，在高干擾環(huán)境下工作半年以上，i:作狀況良好。
權(quán)利要求1. 一種超聲波遙感液位控制器，包括超聲換能器(1)，發(fā)射及接收電路(2)，非易失存儲(chǔ)器電路(3)，鍵盤(pán)電路(4)，外圍設(shè)備狀況信息輸入及隔離電路(5)，與上位機(jī)通信電路(6)，看門(mén)狗電路(7)，顯示電路(8)，報(bào)警輸出電路(9)，一路輸出驅(qū)動(dòng)(10)，二路輸出驅(qū)動(dòng)(11)，主控單片機(jī)(15)；其特征在于，上述超聲換能器(1)通過(guò)上述發(fā)射及接收電路(2)與上述主控單片機(jī)(15)連接，上述主控單片機(jī)(15)分別與上述非易失存儲(chǔ)器電路(3)、上述鍵盤(pán)電路(4)、上述外圍設(shè)備狀況信息輸入及隔離電路(5)、上述與上位機(jī)通信電路(6)、上述看門(mén)狗電路(7)、上述顯示電路(8)、上述報(bào)警輸出電路(9)連接，上述主控單片機(jī)(15)分別通過(guò)一路輸出驅(qū)動(dòng)(10)、二路輸出驅(qū)動(dòng)(11)連接至一路輸出(12)、二路輸出(13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波遙感液位控制器，其特征在于，上述電路使用 標(biāo)準(zhǔn)儀表外殼及三塊電路板的元件布局。
專利摘要本實(shí)用新型是一種超聲波遙感液位顯示控制器。涉及超聲波測(cè)距、數(shù)值顯示、數(shù)據(jù)通訊、及雙泵智能控制裝置。主控單片機(jī)控制超聲波探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)計(jì)算回波到達(dá)時(shí)間，根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度，換算為探頭到液面的距離。此距離值用來(lái)顯示，并與多個(gè)設(shè)定值比較，控制輸出繼電器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)報(bào)警輸出及兩臺(tái)水泵(或電磁閥)的智能控制。本控制器內(nèi)數(shù)據(jù)還可以通過(guò)485總線與上位機(jī)交換，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)控制器的集中控制。由于全部采用數(shù)字信號(hào)技術(shù)，解決了模擬信號(hào)易受干擾、非線性、溫度漂移、重復(fù)性差等問(wèn)題。測(cè)量精度高、重復(fù)性好、控制準(zhǔn)確。探頭不與被控制的液體接觸，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，有毒物質(zhì)，污水等液位的控制。本控制器集成了超聲測(cè)距傳感器，液位顯示及控制用二次儀表，可編程控制器(PLC)三項(xiàng)功能。使用本控制器控制液位電路簡(jiǎn)單，成本低廉。
文檔編號(hào)G01F23/296GK201110972SQ200720000830
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月16日
發(fā)明者王漢澎 申請(qǐng)人:王漢澎