超声波物位计的研制

摘要

近年来，随着科学技术的不断发展，物位测量在工、农业生产和人们的生活中占据了越来越重要的地位。其中，最常用的一种物位测量方法是利用超声波物位计进行非接触检测。与其他方法相比，超声波物位计具有结构简单，安装方便，实时性好，对恶劣环境适应性较强，不易受光线、粉尘、烟雾和电磁干扰的影响等优势，在越来越多的领域发挥了无可替代的作用。目前，国内生产的超声波物位计虽然种类和数量繁多，但质量参差不齐，和国外产品相比尚存较大差距。因此，研究精度更高、稳定性更好和成本更低的超声波测量方法，依然是充满挑战性和具有现实意义的课题。在查阅国内外大量文献资料，深入研究超声波特性，经过不断的调研和分析的基础上，研制出具有国内先进水平的超声波物位计。
　　 本文是在力求结构简单、成本合理的前提下，尽量完善其功能，实现高精度和稳定测量。系统采用“时差法”的原理，以16位超低功耗单片机MSP430F149作为控制核心。首先，驱动电路产生的高频脉冲激励电压驱动超声波换能器发射超声波，同时单片机开始计时，回波经被测物体反射后被换能器接收，经过信号调理电路的前置放大、带通滤波、噪声抑制、峰值采样、自动增益控制，得到稳定的回波电压信号，当电压比较电路检测到回波到达时，触发单片机计时结束。再通过温度补偿等措施校验出实时声速，从而根据超声波的传播时间便可计算出物位高度。对超声波物位计进行了理论研究和验证、软硬件设计、整机调试和误差修正，达到了预定的设计目标，完成了对物位的精准测量，并设计了通讯接口、LCD显示模块和上位机在线监测软件，系统界面友好，具有较大的市场潜力和广阔的应用前景。