專利名稱：一種基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液位測(cè)量?jī)x及，特別涉及是一種基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
常規(guī)超聲波測(cè)量?jī)x采用單脈沖計(jì)時(shí)法進(jìn)行測(cè)量，具體原理為超聲波發(fā)射探頭在驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下向外發(fā)射一定頻率的超聲波，在發(fā)射同時(shí)刻計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，超聲波碰到液面后立即返回，接收探頭接收到回波后計(jì)數(shù)器立即停止計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)器所記時(shí)間就是超聲波往返的時(shí)間，由此可以計(jì)算待測(cè)液位。
上述測(cè)量方法依靠接收到的回波觸發(fā)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，但回波信號(hào)中信噪比較差，使得計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)誤差較大，從而影響測(cè)量精度，導(dǎo)致測(cè)量精度較低。
鑒于以上缺陷，實(shí)有必要提供一種可以克服上述缺陷的超聲波液位測(cè)量?jī)x。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x， 測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量方法精度高。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x，包括單片機(jī)、超聲波發(fā)射模塊以及超聲波接收模塊，其中，所述超聲波發(fā)射模塊包括I/O通道、調(diào)制電路、功率放大電路和超聲波發(fā)射傳感器，單片機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)經(jīng)I/O電路的數(shù)字信號(hào)輸出通道，作為調(diào)制信號(hào)加在調(diào)制電路的輸入端，對(duì)調(diào)制電路產(chǎn)生的正弦波信號(hào)進(jìn)行頻率鍵控調(diào)制，再經(jīng)功率放大電路進(jìn)行功率放大后去驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射傳感器，向外發(fā)射超聲波信號(hào)；所述超聲波接收模塊包括前置運(yùn)算放大電路、解調(diào)電路、I/O電路和超聲波接收傳感器，超聲波接收傳感器接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)前置運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大后，解調(diào)電路對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，檢出偽碼信號(hào)，該偽碼信號(hào)經(jīng)I/O電路的數(shù)字信號(hào)輸入通道直接進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)將該偽碼信號(hào)與調(diào)制碼進(jìn)行相關(guān)匹配運(yùn)算。
作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述超聲波傳感器的諧振頻率為40kHz ；
作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述單片機(jī)產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼序列長(zhǎng)度為255 ；
作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述調(diào)制電路包括調(diào)制器芯片)(R2206，該調(diào)制器芯片 XR2206的輸入端連接有光電隔離電路，所述光電隔離電路的輸入端與單片機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)連接，所述調(diào)制器芯片)(R2206的輸出端連接有第一運(yùn)算放大器，該第一運(yùn)算放大器的輸出與超聲波發(fā)射傳感器相連；
作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述調(diào)制器芯片)(R2206的管腳Wout通過串聯(lián)的電容 C4和電阻R8連接在第一運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述調(diào)制器芯片)(R2206的管腳Tres 通過串聯(lián)的電阻R7和電阻R9連接在第二運(yùn)算放大器的同相輸入端，其中，電阻R7和電阻 R9之間的接點(diǎn)接地，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與反向輸入端之間進(jìn)一步連接有電阻 Rfl ；作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述解調(diào)電路包括調(diào)解器芯片XR-2211，該調(diào)解器芯片 XR-2211的輸入端連接有相連串聯(lián)的第二運(yùn)算放大器和第三運(yùn)算放大器，所述調(diào)解器芯片 XR-2211的輸出端連接有光電分離電路，該光電分離電路的輸出端與單片機(jī)相連；
作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接有串聯(lián)連接的電阻RlO和電阻R11，第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在電阻RlO和電阻Rll之間的接點(diǎn)，所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端通過串聯(lián)的電容C5和電阻Ri與超聲波接收傳感器相連，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與反向輸入端之間連接有串聯(lián)的電阻R12和電阻Rf2， 其中，所述電阻R12和電阻Rf2之間的接點(diǎn)通過電阻R13接地；所述第二運(yùn)算放大器的輸出端通過電阻R16連接在第三運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述第三運(yùn)算放大器的同相輸入端通過電阻R15和電阻R14接地，所述第三運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在電阻R15和電阻 R14之間的接點(diǎn)，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端與反向輸入端之間連接有電阻R17，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端連接在調(diào)解器芯片XR-2211的輸入端；所述調(diào)解器芯片XR-2211的輸出端通過短租RES2連接在光電分離電路的輸入端。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于偽碼技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x至少具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)本發(fā)明將偽隨機(jī)碼及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到超聲波測(cè)量?jī)x中，通過相關(guān)匹配運(yùn)算確定超聲波在介質(zhì)中的傳輸時(shí)間，受噪聲信號(hào)干擾較小，具有較高的測(cè)量精度；( 本發(fā)明利用偽隨機(jī)碼對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行頻率鍵控調(diào)制(FSK)發(fā)射，提高了超聲波有效測(cè)量范圍；C3)本發(fā)明運(yùn)用單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，易與其他系統(tǒng)或上位機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)量?jī)x智能化。實(shí)驗(yàn)時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生偽隨機(jī)碼頻率為6. 25kHz，m序列碼長(zhǎng)度為255，平均測(cè)距精度為98%。


圖1是本發(fā)明基于偽碼技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x的使用狀態(tài)圖2是本發(fā)明基于偽碼技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)框圖3是本發(fā)明調(diào)制電路的電路結(jié)構(gòu)圖4是本發(fā)明調(diào)節(jié)電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明基于偽碼技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法做詳細(xì)描述
請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明基于偽碼技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x主要由單片機(jī)、超聲波發(fā)射模塊以及超聲波接收模塊構(gòu)成。
所述單片機(jī)是液位測(cè)量?jī)x的核心，承擔(dān)著兩項(xiàng)任務(wù)，其一是產(chǎn)生對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的m序列碼(本系統(tǒng)序列碼長(zhǎng)度為25 ；其二是完成調(diào)制碼與信息碼的相關(guān)匹配運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果確定待測(cè)距離。
所述超聲波發(fā)射模塊包括I/O通道、調(diào)制電路、功率放大電路和超聲波發(fā)射傳感器。單片機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)經(jīng)I/O電路的數(shù)字信號(hào)輸出通道，作為調(diào)制信號(hào)加在調(diào)制電路的輸入端，對(duì)調(diào)制電路產(chǎn)生的頻率為40kHZ的正弦波信號(hào)進(jìn)行頻率鍵控調(diào)制(FSK)，再經(jīng)功率放大電路進(jìn)行功率放大后去驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射傳感器，向外發(fā)射超聲波信號(hào)。
所述超聲波接收模塊包括前置運(yùn)算放大電路、解調(diào)電路、I/O電路和超聲波接收傳感器。超聲波接收傳感器接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)前置運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大后，解調(diào)電路對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，檢出偽碼信號(hào)，該偽碼信號(hào)經(jīng)I/O電路的數(shù)字信號(hào)輸入通道直接進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)將該偽碼信號(hào)與調(diào)制碼進(jìn)行相關(guān)匹配運(yùn)算。請(qǐng)?zhí)貏e參閱圖3所示，所述調(diào)制電路包括調(diào)制器芯片XR2206，該調(diào)制器芯片 XR2206的輸入端連接有光電隔離電路，所述光電隔離電路的輸入端與單片機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)連接，所述調(diào)制器芯片)(R2206的輸出端連接有第一運(yùn)算放大器，該第一運(yùn)算放大器的輸出與超聲波發(fā)射傳感器相連。所述調(diào)制器芯片)(R2206的管腳Wout通過串聯(lián)的電容C4和電阻R8連接在第一運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述調(diào)制器芯片)(R2206的管腳Tres通過串聯(lián)的電阻R7和電阻R9連接在第二運(yùn)算放大器的同相輸入端，其中，電阻R7和電阻R9之間的接點(diǎn)接地，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與反向輸入端之間進(jìn)一步連接有電阻Rfl。請(qǐng)?zhí)貏e參閱圖4所示，所述解調(diào)電路包括調(diào)解器芯片XR-2211，該調(diào)解器芯片 XR-2211的輸入端連接有相連串聯(lián)的第二運(yùn)算放大器和第三運(yùn)算放大器，所述調(diào)解器芯片 XR-2211的輸出端連接有光電分離電路，該光電分離電路的輸出端與單片機(jī)相連。所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接有串聯(lián)連接的電阻RlO和電阻R11，第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在電阻RlO和電阻Rll之間的接點(diǎn)，所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端通過串聯(lián)的電容C5和電阻Ri與超聲波接收傳感器相連，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與反向輸入端之間連接有串聯(lián)的電阻R12和電阻Rf2，其中，所述電阻R12和電阻Rf2之間的接點(diǎn)通過電阻R13接地；所述第二運(yùn)算放大器的輸出端通過電阻R16連接在第三運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述第三運(yùn)算放大器的同相輸入端通過電阻R15和電阻R14接地，所述第三運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在電阻R15和電阻R14之間的接點(diǎn)，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端與反向輸入端之間連接有電阻R17，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端連接在調(diào)解器芯片 XR-2211的輸入端；所述調(diào)解器芯片XR-2211的輸出端通過短租RES2連接在光電分離電路的輸入端。請(qǐng)結(jié)合圖1所示，本發(fā)明液位測(cè)量?jī)x的測(cè)量方法為(1)單片機(jī)產(chǎn)生偽碼信號(hào)，并將該偽碼信號(hào)經(jīng)I/O通道輸出，該偽碼信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)加在調(diào)制電路的輸入端，對(duì)調(diào)制電路產(chǎn)生的正弦波進(jìn)行調(diào)制，再經(jīng)功率放大電路進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)生傳感器，向外發(fā)射超聲波信號(hào)；(2)液位測(cè)量?jī)x的超聲波發(fā)射傳感器向外發(fā)射的超聲波信號(hào)遇水面后原路返回， 并被液位測(cè)量?jī)x的超聲波接收傳感器接收，超聲波傳感器接收到該超聲波信號(hào)后，將該超聲波信號(hào)傳輸?shù)竭\(yùn)算放大電路內(nèi)進(jìn)行信號(hào)放大，該放大的信號(hào)接著被解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)以檢出其中的偽碼信號(hào)，被檢出的偽碼信號(hào)經(jīng)I/O通道輸入到單片機(jī)內(nèi)，單片機(jī)接收到該偽碼信號(hào)后將該接收到的偽碼信號(hào)與單片機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)進(jìn)行相關(guān)匹配運(yùn)算已得到該液位測(cè)量?jī)x與液面的距離。所述單片機(jī)將接收到的偽碼信號(hào)與單片機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)進(jìn)行相關(guān)匹配運(yùn)算，以得到該液位測(cè)量?jī)x與液面的距離，具體采用以下方法(1)單片機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)記為b，接收到的偽碼信號(hào)記為m，其中，信息碼m是序列b遲延若干位得到的，則，信息碼m與序列b之間的相關(guān)系數(shù)根據(jù)以下公式計(jì)算得到
權(quán)利要求
1.一種基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x，包括單片機(jī)、超聲波發(fā)射模塊以及超聲波接收模塊，其中，所述超聲波發(fā)射模塊包括I/O通道、調(diào)制電路、功率放大電路和超聲波發(fā)射傳感器，單片機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)經(jīng)I/O電路的數(shù)字信號(hào)輸出通道，作為調(diào)制信號(hào)加在調(diào)制電路的輸入端，對(duì)調(diào)制電路產(chǎn)生的正弦波信號(hào)進(jìn)行頻率鍵控調(diào)制，再經(jīng)功率放大電路進(jìn)行功率放大后去驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射傳感器，向外發(fā)射超聲波信號(hào)；所述超聲波接收模塊包括前置運(yùn)算放大電路、解調(diào)電路、I/O電路和超聲波接收傳感器，超聲波接收傳感器接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)前置運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大后，解調(diào)電路對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，檢出偽碼信號(hào)，該偽碼信號(hào)經(jīng)I/O電路的數(shù)字信號(hào)輸入通道直接進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)將該偽碼信號(hào)與調(diào)制碼進(jìn)行相關(guān)匹配運(yùn)算。
2.如權(quán)利要求1所述的基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x，其特征在于所述超聲波傳感器的諧振頻率為40kHz。
3.如權(quán)利要求1所述的基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x，其特征在于所述單片機(jī)產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼序列長(zhǎng)度為255。
4.如權(quán)利要求1所述的基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x，其特征在于所述調(diào)制電路包括調(diào)制器芯片XR2206，該調(diào)制器芯片)(R2206的輸入端連接有光電隔離電路，所述光電隔離電路的輸入端與單片機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)連接，所述調(diào)制器芯片)(R2206的輸出端連接有第一運(yùn)算放大器，該第一運(yùn)算放大器的輸出與超聲波發(fā)射傳感器相連。
5.如權(quán)利要求4所述的基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x，其特征在于所述調(diào)制器芯片)(R2206的管腳Wout通過串聯(lián)的電容C4和電阻R8連接在第一運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述調(diào)制器芯片)(R2206的管腳Tres通過串聯(lián)的電阻R7和電阻R9連接在第二運(yùn)算放大器的同相輸入端，其中，電阻R7和電阻R9之間的接點(diǎn)接地，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與反向輸入端之間進(jìn)一步連接有電阻Rfl。
6.如權(quán)利要求1所述的基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x，其特征在于所述解調(diào)電路包括調(diào)解器芯片XR-2211，該調(diào)解器芯片XR-2211的輸入端連接有相連串聯(lián)的第二運(yùn)算放大器和第三運(yùn)算放大器，所述調(diào)解器芯片XR-2211的輸出端連接有光電分離電路， 該光電分離電路的輸出端與單片機(jī)相連。
7.如權(quán)利要求6所述的基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x，其特征在于所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接有串聯(lián)連接的電阻RlO和電阻R11，第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在電阻RlO和電阻Rll之間的接點(diǎn)，所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端通過串聯(lián)的電容C5和電阻Ri與超聲波接收傳感器相連，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與反向輸入端之間連接有串聯(lián)的電阻R12和電阻Rf2，其中，所述電阻R12和電阻Rf2之間的接點(diǎn)通過電阻R13接地；所述第二運(yùn)算放大器的輸出端通過電阻R16連接在第三運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述第三運(yùn)算放大器的同相輸入端通過電阻R15和電阻R14接地，所述第三運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在電阻R15和電阻R14之間的接點(diǎn)，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端與反向輸入端之間連接有電阻R17，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端連接在調(diào)解器芯片 XR-2211的輸入端；所述調(diào)解器芯片XR-2211的輸出端通過短租RES2連接在光電分離電路的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于偽碼相關(guān)技術(shù)的超聲波液位測(cè)量?jī)x，包括單片機(jī)、超聲波發(fā)射模塊以及超聲波接收模塊，單片機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)經(jīng)I/O電路的數(shù)字信號(hào)輸出通道，作為調(diào)制信號(hào)加在調(diào)制電路的輸入端，對(duì)調(diào)制電路產(chǎn)生的正弦波信號(hào)進(jìn)行頻率鍵控調(diào)制(FSK)，再經(jīng)功率放大電路進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射傳感器，向外發(fā)射超聲波信號(hào)；超聲波接收傳感器接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)前置運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大后，解調(diào)電路對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，檢出偽碼信號(hào)，該偽碼信號(hào)經(jīng)I/O電路的數(shù)字信號(hào)輸入通道直接進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)將該偽碼信號(hào)與調(diào)制碼進(jìn)行相關(guān)匹配運(yùn)算以確定超聲波的傳輸時(shí)間，從而計(jì)算待測(cè)液位。
文檔編號(hào)G01F23/296GK102519551SQ20111043272
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者張利鑫, 張寶莉, 段東東, 解建寶, 雷鳴靂 申請(qǐng)人:西安電力高等專科學(xué)校