水箱液位測量系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

核工程檢測技術(shù)項(xiàng)目研究水箱液位測量系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄第一章 方案設(shè)計(jì)3第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算4第三章 設(shè)備儀表選型63.1單片機(jī)AT89C5163.2超聲波液位傳感器6第四章 安裝要求7第五章 工程預(yù)算7參考文獻(xiàn)7第一章 方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由水位信號采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊等模塊構(gòu)成，其系統(tǒng)方案框圖如下圖：圖片 1 系統(tǒng)框圖（1） 信號采集，采集液位數(shù)據(jù)。（2） A/D轉(zhuǎn)換模塊，將采集的水位信號傳輸給A/D轉(zhuǎn)化器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機(jī)。（3） 單片機(jī)模塊，使用51單片機(jī)，作為電路控制的核心。（4） 顯示模塊，用數(shù)碼管顯示液位高度。傳感器選擇超聲波水位傳感器，超聲波水位傳感器是利用空氣聲學(xué)回聲測距原理來進(jìn)行水位變化的量的水位測量儀器。由收發(fā)共用換能器發(fā)射一聲脈沖，經(jīng)聲管傳聲遇水界面產(chǎn)生反射，回波經(jīng)由同一換能器接收。測得聲波在空氣中的傳播時(shí)間及現(xiàn)場聲速，算出換能器發(fā)射至水面的距離，依據(jù)換能器安裝基準(zhǔn)面及水位零點(diǎn)得到水位值。第二章 設(shè)計(jì)計(jì)算水位測量原理如圖所示，圖片 2 水箱液位測量示意圖由收發(fā)共用聲學(xué)探頭發(fā)射一聲脈沖，經(jīng)聲管傳聲L聲程遇水界面產(chǎn)生反射，反射波又經(jīng)L聲程由同一聲學(xué)探頭接收，只要測得聲波（由發(fā)射至接收到回波）在空氣中的傳播時(shí)間t及現(xiàn)場聲速c，就可測算出聲學(xué)探頭發(fā)射至水面的距離，即： （1）在此設(shè)計(jì)上采用自校準(zhǔn)技術(shù)對聲速進(jìn)行補(bǔ)償，即在連接聲學(xué)探頭的第一節(jié)聲管的已知距離處開有一校準(zhǔn)用的小圓孔。聲學(xué)探頭發(fā)射的聲脈沖首先遇小孔這一界面產(chǎn)生反射回波，這一回波傳播的聲程2為已知，傳播時(shí)間可測出，傳播聲速若為則有： =/2 (2)取校準(zhǔn)孔回波與水面回波傳播聲程的比值則有： (3）由（1）知聲程L是傳播聲速c、，傳播時(shí)間t、和校準(zhǔn)孔距的函數(shù)。如果在聲管中傳播聲速由發(fā)射面至水面間變化很小，這樣（1）式就可以簡化為： （4）發(fā)射聲脈沖后，測得、t即可算出聲程L。由原理圖可知，探頭安裝基準(zhǔn)面至水位零點(diǎn)高度為S，則水位值H為： H=S-L （5）式中：H為水位值；S為探頭發(fā)射面至水位零點(diǎn)距離；L為探頭發(fā)射面至水面間距離。第三章 設(shè)備儀表選型3.1單片機(jī)AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.2超聲波液位傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方超聲波液位傳感器向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。第四章 安裝要求將超聲傳感器和水箱地面平行安裝，距離水箱最高液面不遠(yuǎn)處，防止水濺射到傳感器。將傳感器采集的水位信號傳輸給A/D轉(zhuǎn)化器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)顯示到顯示屏上。第五章 工程預(yù)算表格 1 預(yù)算表名稱價(jià)格/元AT89C51單片機(jī)30超聲波液位傳感器1180各類雜物500總計(jì)1710參考文獻(xiàn)1彭軍.傳感器與檢測技