本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置。

背景技術(shù)：

一些傳統(tǒng)的距離測量方式在某些特殊場合存在不可克服的缺陷。例如，液面測量就是一種距離測量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過給電或脈沖來檢測液面，電極長時(shí)間浸泡于水中或其他液體中，極易被腐蝕、電解，失去靈敏性。利用超聲波測量距離可以解決這些問題，因此超聲波測量距離技術(shù)在工業(yè)控制、勘探測量、機(jī)器人定位和安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用口。所謂超聲波是指頻率高20kHz的機(jī)械波，具有強(qiáng)度大、方向性好等特點(diǎn)，其一般由壓電效應(yīng)或磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生。

在惡劣施工環(huán)境中，現(xiàn)場實(shí)施監(jiān)控對(duì)設(shè)備和人員都會(huì)帶來很大影響，例如在鉆井施工作業(yè)中，由于地面泥漿供給系統(tǒng)、井下地質(zhì)條件、現(xiàn)場監(jiān)控方式等方面的原因，可能造成泥漿池中的泥漿液位出現(xiàn)過低、過高的變化，或出現(xiàn)無泥漿情況，給鉆井施工帶來不安全因素，甚至造成施工中斷、設(shè)備損壞，輕者延誤生產(chǎn)進(jìn)度，重者造成設(shè)備損壞或安全事故。因此，采用智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，時(shí)時(shí)監(jiān)控泥漿池中的液位變化，并根據(jù)鉆井作業(yè)的現(xiàn)場需求，對(duì)泥漿池的液位進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，確保鉆井生產(chǎn)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供使用方便，能夠有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)水線上液面實(shí)施監(jiān)測預(yù)警，能夠?qū)崿F(xiàn)智能無線遠(yuǎn)程遙控的液位監(jiān)測報(bào)警裝置。

為解決上述問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，包括顯示模塊1、控制模塊2、超聲波模塊3；所述超聲波模塊3與控制模塊2連接，所述控制模塊2與顯示模塊1連接；所述超聲波模塊3包括超聲波發(fā)射模塊31、超聲波接收模塊32；所述控制模塊2包括檔位控制電路模塊21、用于超聲波發(fā)射器發(fā)聲的激勵(lì)模塊22、用于處理所接收超聲波回波的信號(hào)處理模塊23、用于接收超聲波模塊3的信號(hào)計(jì)算實(shí)際液面距離后與設(shè)定值進(jìn)行比較的單片機(jī)24；所述單片機(jī)24的輸入端與信號(hào)處理模塊23的輸入端相接，所述單片機(jī)24輸出端與顯示模塊1連接；所述顯示模塊1用于顯示當(dāng)前距離信息和設(shè)定報(bào)警距離數(shù)值的顯示屏，以及用于設(shè)定報(bào)警值的按鍵模塊和用于發(fā)出警報(bào)的報(bào)警揚(yáng)聲器；其特征在于一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置還包括無線接收/發(fā)射裝置4和遠(yuǎn)程控制裝置5，所述控制模塊2與無線接收/發(fā)射裝置4通過無線信號(hào)連接，所述遠(yuǎn)程控制裝置5與無線接收/發(fā)射裝置4通過無線信號(hào)連接。

本發(fā)明的優(yōu)化，根據(jù)上述所述的一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，其特征為所述超聲波發(fā)射模塊31接收單片機(jī)24傳遞的所要發(fā)射的超聲波持續(xù)時(shí)間的信息，超聲波接收模塊32向單片機(jī)24輸送信息，控檔位控制電路模塊21接收單片機(jī)24傳遞的信號(hào)，并將該信號(hào)經(jīng)過處理后發(fā)送回單片機(jī)24及超聲接收模塊32。

本發(fā)明的優(yōu)化，根據(jù)最上面所述的一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，其特征為所述的超聲波發(fā)射模塊31、超聲波接收模塊32采用一體化設(shè)計(jì)，并具備防水探頭。

本發(fā)明的優(yōu)化，根據(jù)上述所述的一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，其特征為所述的超聲波發(fā)射模塊31包括：方波發(fā)射子模塊312、發(fā)射放大子模塊313、超聲波發(fā)射子模塊314，其中：方波發(fā)射子模塊312與發(fā)射放大子模塊313相連并傳輸方波信號(hào)，發(fā)射放大子模塊313與超聲波發(fā)射子模塊314相連并傳輸經(jīng)放大的方波信號(hào)。

本發(fā)明的優(yōu)化，根據(jù)上上述所述的一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，其特征在于，其中所述的超聲波接收模塊32包括：超聲波接收子模塊321、接收放大子模塊322、檢波子模塊323，其中：超聲波接收子模塊321與接收放大子模塊322相連并傳輸接收到的超聲波信號(hào)，接收放大子模塊322與檢波子模塊323相連并傳輸放大的超聲波信號(hào)。

本發(fā)明的優(yōu)化，根據(jù)最上面所述的一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，其特征在于，所述的檔位控制電路模塊21包括：距離檢測電路子模塊211和檔位控制子模塊212，其中：所述單片機(jī)24與距離檢測電路子模塊211相連并傳輸脈沖信號(hào)，距離檢測電路子模塊211與檔位控制子模塊212相連并傳輸輸出高電平信號(hào)，檔位控制子模塊212與單片機(jī)24相連并傳輸檔位信息，同時(shí)檔位控制子模塊212還與接收放大子模塊322相連并傳輸檔位信息，單片機(jī)24根據(jù)接收的檔位信息向方波發(fā)射子模塊32傳輸所要發(fā)射的方波信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，接收放大子模塊322根據(jù)接收的檔位信息確定回波信號(hào)的放大倍數(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)化，根據(jù)最上面所述的一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，其特征在于，所述的無線接收/發(fā)射裝置4為wifi無線信號(hào)接收/發(fā)射器。

本發(fā)明的優(yōu)化，根據(jù)最上面所述的一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，其特征在于，所述遠(yuǎn)程控制裝置5為手機(jī)、計(jì)算機(jī)電腦。

本發(fā)明的優(yōu)化，根據(jù)最上面所述的一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，其特征為所述顯示模塊1設(shè)有4枚微動(dòng)開關(guān)作為輸入按鍵，其中第一按鍵作為模式按鍵用來切換工作模式和設(shè)定模式以及切換數(shù)據(jù)位；第二按鍵作為加按鍵用來使所選數(shù)位的數(shù)值加1；第三按鍵作為減按鍵用來使所選數(shù)位的數(shù)值減1；第四按鍵作為靜音按鍵用來取消報(bào)警信號(hào)。

本發(fā)明的優(yōu)化，根據(jù)最上面所述的一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，其特征為所述的超聲波發(fā)射模塊31型號(hào)為HC-SR04，產(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)；檔位控制電路模塊21型號(hào)為AT89C52；所述顯示模塊1的顯示屏型號(hào)為液晶顯示器LCD1602；所述單片機(jī)24可多次編程，附帶可擦寫flash內(nèi)存以及看門狗電路的stc12c5a60s2單片機(jī)。

目前在作業(yè)現(xiàn)場對(duì)液位的監(jiān)控存在以下不足：第一、無任何監(jiān)控設(shè)備手段，靠人工現(xiàn)場巡回檢查，人工巡回檢查泥漿池中的泥漿液位變化，一般也能達(dá)到監(jiān)控的目的，但是因存在人員的機(jī)動(dòng)性和疲勞性，會(huì)出現(xiàn)監(jiān)控不及時(shí)不到位的情況，因此完全靠人工巡回檢查存在很大的弊端和諸多的不便、并不符合現(xiàn)場控制的實(shí)際情況。第二、機(jī)械標(biāo)尺監(jiān)控設(shè)備采用純機(jī)械標(biāo)尺液位監(jiān)控設(shè)備，在一定程度上減輕了人的勞動(dòng)強(qiáng)度，可以在視距內(nèi)觀察泥漿池的液位變化，但不能達(dá)到超視距監(jiān)控的目的；同時(shí)存在機(jī)械標(biāo)尺易磨損精度下降或機(jī)械損壞、設(shè)備冬季結(jié)冰失靈無法使用等問題，機(jī)械標(biāo)尺液位監(jiān)控類設(shè)備仍然不能滿足鉆井的生產(chǎn)要求，基本上沒有脫離人工監(jiān)測的范疇。第三、人員實(shí)施現(xiàn)場巡回監(jiān)控，給人員增加了工作強(qiáng)度，同時(shí)惡劣的工作環(huán)境也會(huì)對(duì)人體帶來傷害。

與目前設(shè)置在現(xiàn)場作用存在的問題相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)智能無線遠(yuǎn)程遙控的液位監(jiān)測報(bào)警裝置，基本上實(shí)現(xiàn)了無人值守和超視距監(jiān)控的目的，大大的提高了工作效率，對(duì)控制模塊2進(jìn)行多個(gè)液位限定，設(shè)備能夠事先設(shè)定液位報(bào)警參考數(shù)據(jù)，設(shè)備按設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無人操作的目的。另外本發(fā)明還具有下述的優(yōu)點(diǎn)：

(1)實(shí)現(xiàn)方式的升級(jí)，由簡單的機(jī)械裝置升級(jí)為智能化的集成電路裝置，大大降低了造價(jià)，提高了易用性。

(2)分離式的安裝設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，安裝靈活方便，保證使用效果的同時(shí)提高了裝置的可移植性，便于多方推廣。

綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)新穎，可靠性強(qiáng)，使用效果好，易于推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明單片機(jī)的工作原理程序流程圖；

圖2為本發(fā)明一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置的工作原理程序流程圖；

圖3為本發(fā)明的電子元件電路圖；

圖4為本發(fā)明電子組件連接方式示意圖；

附圖標(biāo)記：顯示模塊-1、控制模塊-2、檔位控制電路模塊-21、激勵(lì)模塊-22、信號(hào)處理模塊-23、單片機(jī)-24、超聲波模塊-3、超聲波發(fā)射模塊-31、方波發(fā)射子模塊-312、發(fā)射放大子模塊-313、超聲波發(fā)射子模塊-314、超聲波接收模塊-32、超聲波接收子模塊-321、接收放大子模塊-322、檢波子模塊-323、無線接收/發(fā)射裝置-4、遠(yuǎn)程控制裝置-5。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。

參閱說明書附圖1至圖4，一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置，包括顯示模塊1、控制模塊2、超聲波模塊3；所述超聲波模塊3與控制模塊2連接，所述控制模塊2與顯示模塊1連接；所述超聲波模塊3包括超聲波發(fā)射模塊31、超聲波接收模塊32；所述控制模塊2包括檔位控制電路模塊21、用于超聲波發(fā)射器發(fā)聲的激勵(lì)模塊22、用于處理所接收超聲波回波的信號(hào)處理模塊23、用于接收超聲波模塊3的信號(hào)計(jì)算實(shí)際液面距離后與設(shè)定值進(jìn)行比較的單片機(jī)24；所述單片機(jī)24的輸入端與信號(hào)處理模塊23的輸入端相接，所述單片機(jī)24輸出端與顯示模塊1連接；所述顯示模塊1用于顯示當(dāng)前距離信息和設(shè)定報(bào)警距離數(shù)值的顯示屏，以及用于設(shè)定報(bào)警值的按鍵模塊和用于發(fā)出警報(bào)的報(bào)警揚(yáng)聲器；一種基于超聲波測距的液面監(jiān)控報(bào)警裝置還包括無線接收/發(fā)射裝置4和遠(yuǎn)程控制裝置5，所述控制模塊2與無線接收/發(fā)射裝置4通過無線信號(hào)連接，所述遠(yuǎn)程控制裝置5與無線接收/發(fā)射裝置4通過無線信號(hào)連接。

所述超聲波發(fā)射模塊31接收單片機(jī)24傳遞的所要發(fā)射的超聲波持續(xù)時(shí)間的信息，超聲波接收模塊32向單片機(jī)24輸送信息，控檔位控制電路模塊21接收單片機(jī)24傳遞的信號(hào)，并將該信號(hào)經(jīng)過處理后發(fā)送回單片機(jī)24及超聲接收模塊32。所述的超聲波發(fā)射模塊31、超聲波接收模塊32采用一體化設(shè)計(jì)，并具備防水探頭。

所述的超聲波發(fā)射模塊31包括：方波發(fā)射子模塊312、發(fā)射放大子模塊313、超聲波發(fā)射子模塊314，其中：方波發(fā)射子模塊312與發(fā)射放大子模塊313相連并傳輸方波信號(hào)，發(fā)射放大子模塊313與超聲波發(fā)射子模塊314相連并傳輸經(jīng)放大的方波信號(hào)。

所述的超聲波接收模塊32包括：超聲波接收子模塊321、接收放大子模塊322、檢波子模塊323，其中：超聲波接收子模塊321與接收放大子模塊322相連并傳輸接收到的超聲波信號(hào)，接收放大子模塊322與檢波子模塊323相連并傳輸放大的超聲波信號(hào)。

所述的檔位控制電路模塊21包括：距離檢測電路子模塊211和檔位控制子模塊212，其中：所述單片機(jī)24與距離檢測電路子模塊211相連并傳輸脈沖信號(hào)，距離檢測電路子模塊211與檔位控制子模塊212相連并傳輸輸出高電平信號(hào)，檔位控制子模塊212與單片機(jī)24相連并傳輸檔位信息，同時(shí)檔位控制子模塊212還與接收放大子模塊322相連并傳輸檔位信息，單片機(jī)24根據(jù)接收的檔位信息向方波發(fā)射子模塊32傳輸所要發(fā)射的方波信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，接收放大子模塊322根據(jù)接收的檔位信息確定回波信號(hào)的放大倍數(shù)。

所述的無線接收/發(fā)射裝置4為wifi無線信號(hào)接收/發(fā)射器；所述遠(yuǎn)程控制裝置5為手機(jī)、計(jì)算機(jī)電腦。

所述顯示模塊1設(shè)有4枚微動(dòng)開關(guān)作為輸入按鍵，其中第一按鍵作為模式按鍵用來切換工作模式和設(shè)定模式以及切換數(shù)據(jù)位；第二按鍵作為加按鍵用來使所選數(shù)位的數(shù)值加1；第三按鍵作為減按鍵用來使所選數(shù)位的數(shù)值減1；第四按鍵作為靜音按鍵用來取消報(bào)警信號(hào)。

所述的超聲波發(fā)射模塊31型號(hào)為HC-SR04，產(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)；檔位控制電路模塊21型號(hào)為AT89C52；所述顯示模塊1的顯示屏型號(hào)為液晶顯示器LCD1602，顯示界面簡潔，功耗控制優(yōu)異，有背光燈，黑暗處也可以顯示信息；所述單片機(jī)24可多次編程，附帶可擦寫flash內(nèi)存以及看門狗電路的stc12c5a60s2單片機(jī)，從而具備自動(dòng)重啟和記憶數(shù)據(jù)設(shè)定的功能。

本發(fā)明基于單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，包括用于發(fā)出和接受超聲波的一體化探頭、超聲波激勵(lì)以及回波信號(hào)處理模塊、顯示設(shè)備、按鍵模塊、聲光報(bào)警器、看門狗模塊以及由STC單片機(jī)系統(tǒng)。一體化探頭與超聲波激勵(lì)及回波信號(hào)處理模塊進(jìn)行雙向信號(hào)交換，信號(hào)處理模塊與單片機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。單片機(jī)從信號(hào)處理模塊獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算處理獲得距離數(shù)據(jù)，可單向傳輸顯示在顯示設(shè)備上，若有報(bào)警需要，可以控制聲光報(bào)警器的開啟。按鍵模塊可以向單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出用戶操縱指令，進(jìn)行報(bào)警數(shù)值的設(shè)定操作?？撮T狗模塊通過對(duì)單片機(jī)狀態(tài)的監(jiān)控可以防止可編程單片機(jī)程序跑飛，提高穩(wěn)定性。

如說明書附圖1所示，系統(tǒng)加電或者復(fù)位后，單片機(jī)首先進(jìn)行自檢初始化操作，包括初始化液晶屏，讀取F1ash中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來初始化報(bào)警數(shù)值，初始化內(nèi)部定時(shí)器，初始化數(shù)據(jù)端口以及初始化看門狗，以上初始化完成后進(jìn)入循環(huán)操作。循環(huán)操作包括按鍵掃描和超聲波測距流程。

在按鍵掃描的流程中，單片機(jī)首先判斷目前的工作狀態(tài)，若在測距模式中，則掃描模式按鍵S2是否觸發(fā)，若觸發(fā)則進(jìn)入設(shè)置模式，暫停測距指令的發(fā)送，控制液晶顯示十位數(shù)值閃爍，表示進(jìn)入設(shè)置模式。在設(shè)置模式中若檢測到設(shè)置模式按鍵S2觸發(fā)，則依次按十位、個(gè)位、十分位、百分位改變閃爍數(shù)位，表示此時(shí)可更改的數(shù)位。在設(shè)置模式中若檢測到加按鍵S3觸發(fā)，此時(shí)被選中的數(shù)位上的數(shù)字加一，其中若為9則歸零。在設(shè)置模式中若檢測到減按鍵S4觸發(fā)，此時(shí)被選中的數(shù)位上的數(shù)字減一，其中若為0則變?yōu)?。若檢測到靜音按鍵S5觸發(fā)，如果此時(shí)警報(bào)器為開，則關(guān)閉警報(bào)器。

超聲波測距流程如圖2所示，定時(shí)器按設(shè)定的時(shí)間間隔給出信號(hào)，發(fā)出超聲波。計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，等待回波。若等待時(shí)間過長則表示距離超出測量范圍，重新進(jìn)行新一輪測量流程。若收到回波，則停止計(jì)時(shí)器，獲得超聲波發(fā)出和收回的的時(shí)間間隔。通過計(jì)算獲得探頭與測量面的距離，顯示在液晶屏上。接著判斷測量距離是否小于設(shè)定報(bào)警值，若連續(xù)多次小于則確定液面超出警戒水位，觸發(fā)聲光報(bào)警器。若非則不觸發(fā)報(bào)警。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中的描述僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，本發(fā)明并不受上述優(yōu)選例的限制，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還可有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入本發(fā)明要求保護(hù)的范圍內(nèi)。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。