超声波传感器在家用洗衣机上的应用

摘要

目前超声波传感器的技术已经比较成熟，其测量精度高，成本低，而且容易实现与计算机的信息交互。超声波传感器广泛运用在石油，农业，水利等等行业的液位测量领域，但是在家用电器领域的运用则较少。本文研究了超声波传感器的运用，设计了可以运行在家用洗衣机进水位测量的超声波测量系统。
　　在本文中，首先回顾了超声波传感器的原理和发展历史，然后讨论了目前家用洗衣机水位测量装置的问题，因为超声波传感器的性能优势，从而认为使用超声波传感器是解决当前洗衣机水位测量的较优方案。
　　然后提出了本文研究的方向和具体的要求。在接下来的应用研究中首先是超声波传感器安装的机械结构设计，其中最主要的是如何保证水位的平稳。之后是电气部分的设计，电气部分的设计要考虑到和现有控制系统兼容，以方便将来的大规模应用和推广。再之后是软件部分的设计，主要包括温度补偿和噪音滤除。温度补偿主要是针对超声波传感器中的声波受温度影响较大而特意设定的补偿。噪音滤除主要针对两种噪音，一是超声波传感器自己产生的噪音，二是外界环境中产生的噪音。滤除这两种噪音可以较大的提高超声波测量系统的稳定性的测量精度。
　　以上的设计初步完成后，对超声波测量系统实物进行了安装与调试，在调试过程中发现测量结果与实际值有偏差，通过数据分析发现偏差是有规律的，可能是超声波传感器本身带来的误差。这种误差不可以避免，那么就必须利用数学工具来修正测量出的数据，通过计算将修正公式导入软件校正了偏差。
　　在论文的最后引入了失效模式分析FMEA，这是为了全面地评估当超声波测量系统出现故障时会不会给使用者带来危险甚至人身伤害，当失效模式分析通过后也就为本设计走向市场扫除了障碍。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 当前行业概况

1．2．1 当前技术的原理

1．2．2 当前技术的问题

1．2．3 当前行业的需求

1．3 常见液位计的种类

1．4 超声波传感器概况

1．4．1 超声波传感器原理

1．4．2 超声波传感器的发展历史与现状

1．4．3 超声波传感器的优点与缺点

1．4．4 超声波传感器的测量方法

1．5 主要研究基础

第二章 机械部分设计

2．1 传感器的安装及保护

2．1．1 安装位置与固定方式

2．1．2 防水设计

2．2 水位稳定结构设计

2．2．1 水位稳定的需求

2．2．2 水位稳定原理

2．2．3 水位稳定的设计

2．3 本章小结

第三章 电气部分设计

3．1 电气硬件设计

3．1．1 超声波传感器选型

3．1．2 主控制芯片选型

3．1．3 硬件电路设计

3．2 电气外围设计

3．2．1 电气接口设计

3．2．2 导线与连接器设计

3．2．3 布线与反电磁干扰设计

3．3 本章小结

第四章 软件部分设计

4．1 温度补偿分析

4．1．1 测温法

4．1．2 固定距离法

4．1．3 优缺点对比

4．1．4 运用

4．2 噪音区分设计

4．2．1 噪音产生的原因和类型

4．2．2 噪音区分方案

4．3 本章小结

第五章 安装与调试

5．1 实物安装

5．2 调试

5．2．1 实验设计

5．2．2 实验数据

5．2．3 数据分析

5．2．4 实验结论

5．2．5 实验验证

5．2．6 最终调试

5．3 本章小结

第六章 量产应用

6．1 系统安全性能分析

6．1．1 失效模式分析

6．1．2 解决方案与代价

6．2 其它

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 本文工作的总结

7．2 今后工作的展望

致谢

参考文献

附件