关信息。这样即便在有外界干扰的情况下，也能够进行精确的测量。超声波液位仪不仅能定点和连续测量液位，而且能方便地提供遥测所需的信号。同时，超声波液位仪不存在可动部件，所以在安装和维护上相应比较方便。超声测位技术可适用于气体液体或固体等多种测量介质，因而具有较大的适应性。新型气密结构耐腐蚀的超声波探头可测量十几米的液位。论文研究内容研究内容进口的液位仪功能齐全，精度较高，但是价格比较昂贵且维修不是很方便。对于小型用户来说，不是理想之选。而国内自行研制生产的液位仪价格相对便宜，但精度不高，功能相对单。为了设计出价格便宜，精度较高的超声波液位仪，本设计采用为核心的单片机电路，同时使用双探头的方式发射和接收超声波，基于超声波测距的原理，算出液位的高度。除此之外，也可以使用数字平均滤波的方式来提高数据的精确度。因为超声波在空气中的传播速度大约为常温下，在同介质中其传播速度相对恒定，与激光的速度相比，它的传播速度要慢得多，所以对超声波信号的处理较为容易。因此，这也体现了超声波测距的独到之处，加之其成本较低，所以超声波是比较理想的信号源。超声波液位测量方法与其它的液位测量方法相比，不易受光线被测对象颜色等因素影响，利用这样的特性，般将仪器放置于黑暗有灰尘烟雾电磁干扰有毒等恶劣的环境之中。同时超声波探头具有结构简单价格便宜体积小信号处理可靠等特点。综合而言，超声波液位仪具有非接触精度较高实时测量可靠性强等优点，较为适合国内市场。本篇论文研究的主要内容是基于超声波液位仪的设计和提高精度方面的研究。为了提高数据的精确度，重点探讨超声波在测量水平面高度时所受到诸如温度，气候以及超声波强度衰减等因素的影响，以及采取相应的措施来减少误差。速度的影响超声波在工业应用中的频率为，超声波探头到介质表面距离的计算公式如下探头到介质表面的距离声波的传播时间波的传播速率由此可知，除了声波的传播时间的测量准确性，声波的传播速度起着决定性的作用，声速的变化取决于传播媒介的不同。在实际应用中，多种因素影响着传播媒介及声速。为了获得更加准确的测量结果，超声波液位仪可以由所处环境的不同来设定不同媒介的声速。温度的影响如下表，温度的变化影响着声速的变化，在正常环境中温度的变化带给声速的变化为。在实际应用中，由于探头周围环境，超声波传播媒介的温度以及被测介质的温度不尽相同。表波速与温度的关系温度波速论文的章节安排本文首先介绍了超声波液位仪测距的工作原理。接着基于测距原理，介绍了硬件设计。为了提高测量精度，我们又设计了种以单片机为核心的低成本高精度微型化数字的超声波液位仪系统。论文研究内容和章节安排如下第章介绍本课题的背景与意义，研究的历史和现状。第二章重点讲解往返时间检测法测距的理论,以及对超声波探头的工作原理进行详细介绍。第三章超声波液位仪的主控制电路，重点介绍单片机和外围电路的设计，以及各种器件的选择。特别是对相关传感器的介绍。第四章超声波液位仪的软件设计，包括软件流程图，以及程序代码的关键部分。系统软件程序使用汇编语言编写。第五章实验结果分析及改进第六章结论与展望超声波的液位测量原理超声液位仪理论基础超声波介绍超声波是种人耳无法听到的频率般超过的声音,它具有以下特性波长与辐射传播速度是用频率乘以波长来表示。电磁波的传播速度是,而声波在空气中的传播速度很慢，约为。在这种比较低的传播速度下，波长很短，这就意味着可以获得较高的距离和方向分辨率。正是由于这种较高的分辨率特性，才使我们有可能在进行测量时获得很高的精确度。反射要探测个物体是否存在，超声波应能够在该物体上得到反射，由于金属木材混凝土橡胶和纸等可以反射近乎的超声波，因此我们可以很容易地探测到这些物体。由于布棉花等可以吸收超声波，探测到他们将十分困难。另外，由于不规则反射，通常可能很难探测到表面震动幅度很大的物体。温度声波传播的速度可以用下列公式表示式中，温度，也就是说，声音传播速度随周围温度的变化有所不同。因此，要精确的测量与个物体之间的距离时，始终检查周围温度是十分必要的。衰减传播到空气中的超声波强度随距离的变化成比例地减弱，这是由于衍射现象上的扩散损失，和介质吸收能量产生的吸收损失。超声波探头的结构和原理超声波探头是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是种振动频率高于声波的机械波，由换能芯片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高波长短绕射现象小，特别是方向性好能够定向传播等特点。超声波对液体固体的穿透能力很大，尤其是在不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射，从而形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此这项技术广泛应用在工业国防生物医学等方面以这种检测手段，必须发射超声波和接收超声波。能同时完成这种功能的装置就是超声波探头，也称为超声换能器。对应用于工业的超声波探头而言,хⅢ清华大学出版社影印版高等教育出版社致谢时光飞逝，转眼间，我的大学本科生活己接近结束。四年多来的课程学习使我收获颇多。在论文完成之际，我首先要感谢我的指导教师荣丽红老师。荣老师严肃的科学态度严谨的治学精神精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从论文的选题理论分析实验成文及定稿，每环节都离不开老师的精心指导和无私帮助。荣老师不仅在学业上给我精心指导，同时还在思想生活上给我无微不至的关怀，在此谨向荣老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意,感谢四年学习过程中所有信息学院的老师，你们传授我的专业知识是我不断成长的源泉，也是完成本论文的基础。此外，感谢电子协会的同学帮助和鼓励,最后感谢我的父母，是他们在我漫长的求学路上默默的给予我最大的支持和关怀，使他们给予了我无微不至的照顾，使我的学业得以完成。在此表示深深的感谢,仅此本拙著论文，献给所有帮助关心过我的人,附录超声波液位计电路原理图附录程序清单中断入口程序主程序为显示数据存放单元为最高位,为为定时器毫秒初值超声波脉冲个数控制为赋值的半开启测距定时器收到反射信号时标志位为计算距离子程序,测量间隔控制约从新开启测距定时器中断程序中断，发超声波用，中断，毫秒中断次启动计数器超声波发射完毕延时，避开超发射的直达声波信号开启接收收回波中断外中断，收到回波时进入关计数器将计数器值移入处理单元接收成功标志显示程序为最高位，为最低位，先扫描高位共阳段码表不亮延时程序距离计算程序最高位为零，不点亮次高位为，先看最高位是否为不亮最高为不量，次高位也不亮次次高位为，先看次高位是否为不亮次高位不亮，次次高位也不亮两字节无符号数乘法程序四字节两字节无符号数除法程序商余数学士学位毕业设计论文超声波液位仪的设计学生姓名指导教师所在学院专业年月摘要液位测量广泛应用于石油化工气象等部门。超声波液位计是众多液位计中发展较快应用较多的种液位测量仪表。利用超声波测量液位是种有效的非接触式测量方法，可广泛应用于各种需要测量的场合。近年来，随着高速数字信号计算机微电子传感器等高新技术的应用与研究，超声波液位计的研究得到了长足发展。本文详细介绍了了超声波的物理特性超声波液位测量技术的基本原理和实现方法，在借鉴和吸收国内外超声波液位测量技术的基础上设计了基于的超声波液位计的硬件系统和软件系统，并就可能出现的干扰和影响进行了分析和给出了相应的解决方法。关键词超声波测距液位传感器目录摘要前言绪论课题背景论文研究内容超声波的液位测量原理超声液位仪理论基础超声波液位仪工作原理本章小结硬件总体设计超声液位仪总体设计单片机电路发射电路接收电路液晶显示电路蜂鸣报警电路对电路板进行合理设计本章小结系统软件设计软件总体设计本章小结实验结果分析及改进实验结果分析误差分析及改进措施本章小结结论与展望结论参考文献致谢附录前言工业生产中，常常需要测量容器内的液体液位。在般的生产过程中，液位测量的目的主要是通过液位测量来确定容器里的原料半成品或产品的数量，以保证生产过程各环节物料平衡以及为进行经济核算提供可靠的依据另外还为了在连续生产的情况下，通过液位测量，了解液位是否在规定的范围内，从而维持正常生产保证产品的产量和质量以及保证安全生产。液位测量在工业生产过程中的作用相当重要。随着各行业的快速发展，液位测量已应用到越来越多的领域，不仅用于各种容器管道内液体液位的测量，还用于水渠水库江河湖海水位的测量。课题针对液位检测的实际问题,开发了种基于单片机的超声波液位检测仪深入讨论了用超声波作为信号源进行液位检测的可行性及优越性，产生误差的各种原因，提出了相应的解决办法。超声波液位检测仪以单片机单片机最小系统为核心，利用超声波作为检测信号的手段，对液位进行检测和数据处理，减少了测量过程中的人工干预，方便了工作人员对液位检测的实时监控。该系统硬件电路设计包含了超声波发射电路接收电路显示电路电源电路等。软件设计中，采用模块化程序设计思想。在设计中，由于需要测量的距离范围从几厘米到几米，针对超声波振幅在传播时呈指数衰减的特性，最大限度地提高驱动能力，对回波进行放大，达到了设计要求。绪论课题背景超声波液位仪的研究背景与内容超声波液位仪作为种典型的非接触测量仪器，在很多场合有广泛的应用，诸如工业自动控制，建筑工程测量和水面高度测量等方面。与激光测距微波测距等测量方法相比，由于超声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波，时间测量精度的要求也远小于激光测距微波测距等，因而超声波液位仪电路结构简单，造价低廉，容易设计，且超声波在传播过程中不易受烟雾空气能见度等因素的影响，在各个场合均得到广泛应用。然而超声波液位仪在实际应用中也有很多局限性会对测量数据的精确度造成定的影响。诸如，环境温度风速等，使其无法达到要求。如何解决这些问题，提高超声波液位仪的精度，具有较大的现实意义。目前，市场上的超声波液位仪多数采用单片机作为对液位仪控制和运算的核心，系统的硬件设计决定着测量结果的精度。本文在对超声波传播特性研究的基础上，设计了基于单片机的超声波液位仪的硬件系统和软件系统，并对硬件和部分软件分别进行了相关的调试。硬件设计的总体目标是力求在结构简单成本合理的前提下，尽量完善其功能。由于超声波液位仪需要测量几厘米到几米距离，因此，针对超声波在传播时