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：
本實用新型應(yīng)用于非接觸液位測量與控制，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)備故障報警功能。簡化了傳統(tǒng)液位 控制設(shè)備。二、 背景技術(shù)目前公開的超聲測距系統(tǒng)，主要應(yīng)用于距離測量，追求高精度。對于噪聲 引起的干擾，由人腦做出判斷。當(dāng)做液位控制時，噪聲引起的干繞容易引起執(zhí) 行機(jī)構(gòu)誤動作。已有的超聲測距設(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(4-20ma電流或0-IOV電壓)傳輸，模擬信號易受干擾，溫度特性差，不 能糾錯。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.使用浮球的簡單液位控制，因浮球觸點接觸不良、浮球卡滯或漏液等問題，容易 出現(xiàn)誤動作。無液位顯示，多臺輸出設(shè)備控制功能簡單，可靠性較差，不能集中控制。2.使用壓力傳感器測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，通用儀表只有報警和一路輸出，多臺 輸出設(shè)備的智能控制還需要可編程控制器PLC。造價高。使用模擬信號傳輸?shù)膯?題同樣存在。使用壓力傳感器屬于接觸式測量，對要測量的介質(zhì)有限制。本實用新型充分利用了超聲傳感器的非接觸方式，通過全數(shù)字處理保證了 測量精度，專用濾波程序很好地解決了干擾引起的誤動作問題。并把可編程控 制器(PLC)的功能集成在單片機(jī)中，構(gòu)成了一款高性價比的液位控制器。三、 發(fā)明內(nèi)容本實用新型公開了一種全部采用數(shù)字技術(shù)，利用非接觸測量方式，實現(xiàn)距 離測量，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、故障設(shè)備棄用，自身故障檢測，故障報警?？撮T狗自動復(fù)位，與上位機(jī)通 訊等功能的全自動非接觸式液位控制器。本實用新型的技術(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)存儲器內(nèi)的設(shè)定值，準(zhǔn)備與測量值比較。然后發(fā)出測試脈沖信號給超聲波 功率放大器，經(jīng)放大后驅(qū)動超聲波換能器，發(fā)射超聲波后開始計時，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，傳3送給單片機(jī)。單片機(jī)接收到回波信號后停止計時。根據(jù)超聲波的傳播速度，把 所計時間換算為距離值。多次測量后利用專用濾波程序做滾動數(shù)字濾波，排除 千擾信號，得到真實的距離值并通過顯示設(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)定值或工作過程 中的設(shè)備狀況采樣值決定輸出到哪臺設(shè)備。通過驅(qū)動電路輸出。在距離測量的 間隔時間，單片機(jī)采樣鍵盤電路和外部設(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，處理后寫入非易失性存儲器內(nèi)。單片機(jī)在止:常工作時不 斷輸出喂狗脈沖給看門狗電路，因死機(jī)出現(xiàn)喂狗脈沖消失，看門狗電路發(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，給出報警信號。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。本實用新型控制器可以直接驅(qū)動電磁閥。只需外接兩個接觸器，即可組成 驅(qū)動兩臺泵的智能液位控制系統(tǒng)。四、
圖1為本實用新型的電原理框圖圖2為本實用新型的電源圖部分 圖3為本實用新型的主單片機(jī)及鍵盤圖部分 圖4為本實用新型的看門狗及通信隔離圖部分 圖5為本實用新型的顯示及輸出驅(qū)動圖部分 圖6為本實用新型的超聲波處理電路部分 圖7為本實用新型的輸出及通信電路圖部分 圖8為本實用新型的元件布局圖五具體實施方式
附圖為本實用新型的具體實施例
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體內(nèi)容做進(jìn)一步說明。參照圖1所示的本實用新型原理框圖，包括1、超聲換能器；2、發(fā)射及接收電路；3、非易失存儲器電路；4、鍵盤電路；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、看門狗電路；8、顯示電路；9、報警輸出電路；10、 一路輸出驅(qū)動；11、 二路輸出驅(qū)動；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、看門狗)后讀取非4易失存儲器3內(nèi)的整定值備用。并發(fā)出超聲波信號，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)超聲波返回的時間 和超聲波在介質(zhì)中的速度計算出距離。此距離值暫存于內(nèi)存中，多次采樣后的 多個距離值使用數(shù)字滾動濾波程序除掉千擾，真實值送LED顯示電路8顯示， 并用此值與非易失存儲器電路3內(nèi)存儲的設(shè)定值比較，決定是否輸出。如果需 要輸出，再根據(jù)非易失存儲器電路3內(nèi)的設(shè)備狀況設(shè)定值或工作過程中的設(shè)備 狀況采樣值決定輸出到11-13或12-14。本實用新型設(shè)定為每0. 5秒采樣一次距 離值，間隔時間處理鍵盤4信號，如有新的設(shè)定值輸入，寫入非易失存儲器電 路3的存儲器內(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)備異常時自動更換輸出，棄用工作異常設(shè)備，并在報警輸出電路9 t輸出報警信號。單片機(jī)在正常工作時定時輸出喂狗脈沖給看門狗電路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，報警輸出電路9 也會輸出報警信號。本實用新型通過通信電路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控制器。圖2所示為本實用新型的電源電路，使用專用TOP系列單芯片開關(guān)電源集 成電路，輸出+5V及+12V電壓，供需要的電路使用。圖3所示為本實用新型的主控單片機(jī)及鍵盤電路，主控單片機(jī)使用89C51 或89C52，為降低成本，鍵盤直接使用單片機(jī)的P1 口。圖4為本實用新型的看門狗及通信隔離圖，看門狗電路使用555電路構(gòu)成， 在主控單片機(jī)故障時自動復(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)信號干擾單片機(jī)。圖5為本實用新型的顯示及輸出驅(qū)動電路，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)動龜路由晶體管構(gòu)成。圖6為本實用新型的超聲波處理電路，完成放大輸出超聲波信號，與超聲 波傳感器匹配，接收回波信號，濾波，整形等功能。圖7為本實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為本實用新型的元件布局圖。使用標(biāo)準(zhǔn)儀表外殼。本實用新型已有多臺樣機(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)，非易失存儲器電路(3)，鍵盤電路(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)，看門狗電路(7)，顯示電路(8)，報警輸出電路(9)，一路輸出驅(qū)動(10)，二路輸出驅(qū)動(11)，主控單片機(jī)(15)；其特征在于，上述超聲換能器(1)通過上述發(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器電路(3)、上述鍵盤電路(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)、上述看門狗電路(7)、上述顯示電路(8)、上述報警輸出電路(9)連接，上述主控單片機(jī)(15)分別通過一路輸出驅(qū)動(10)、二路輸出驅(qū)動(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。
專利摘要本實用新型是一種超聲波遙感液位顯示控制器。涉及超聲波測距、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，同時計算回波到達(dá)時間，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。此距離值用來顯示，并與多個設(shè)定值比較，控制輸出繼電器動作，實現(xiàn)報警輸出及兩臺水泵(或電磁閥)的智能控制。本控制器內(nèi)數(shù)據(jù)還可以通過485總線與上位機(jī)交換，實現(xiàn)多臺控制器的集中控制。由于全部采用數(shù)字信號技術(shù)，解決了模擬信號易受干擾、非線性、溫度漂移、重復(fù)性差等問題。測量精度高、重復(fù)性好、控制準(zhǔn)確。探頭不與被控制的液體接觸，可實現(xiàn)強酸，強堿，有毒物質(zhì)，污水等液位的控制。本控制器集成了超聲測距傳感器，液位顯示及控制用二次儀表，可編程控制器(PLC)三項功能。使用本控制器控制液位電路簡單，成本低廉。
文檔編號G01F23/296GK201110972SQ200720000830
公開日2008年9月3日 申請日期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 申請人:王漢澎