CN203364922U - 一种自动液位测距系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自动液位测距系统，包括微处理系统模块、振荡复位电路、超声波发射电路、超声波接收电路以及液晶显示电路；其中，所述微处理系统模块分别连接所述振荡复位电路、超声波发射电路、超声波接收电路和液晶显示电路；通过所述微处理系统模块发送40KHz方波脉冲，经过所述超声波发射电路发射出一超声波，所述超声波遇到被测液位后反射回来由所述超声波接收电路接收，并由所述超声波接收电路将反射的超声波信号传输到所述微处理系统模块，通过所述微处理系统模块计算该自动液位测距系统与液位之间的距离，并由所述微处理系统模块控制所述液晶显示电路显示。该自动液位测量系统不仅操作简单，而且也提高了测量精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及水位测量装置，尤其涉及一种基于单片机的自动液位测距系统及其测量方法。
背景技术
随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大的发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因和城市居住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设，因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵中排水疏通对大城市给排水系统污水处理、人们生活是否舒适显得非常重要。
因此，为了解决现有技术中对于液位距离测量不精确，测量系统比较复杂的问题，提出一种自动液位测距系统。
实用新型内容
为了克服现有技术的缺陷，本实用新型旨在提供一种可靠性高、结构简单，而且测量精确的自动液位测距系统。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种自动液位测距系统，包括微处理系统模块、振荡复位电路、超声波发射电路、超声波接收电路以及液晶显示电路；其中，所述微处理系统模块分别连接所述振荡复位电路、所述超声波发射电路、所述超声波接收电路和所述液晶显示电路；通过所述微处理系统模块发送40KHz方波脉冲，经过所述超声波发射电路发射出一超声波，所述超声波遇到被测液位或障碍物后反射回来由所述超声波接收电路接收，并由所述超声波接收电路将反射的超声波信号传输到所述微处理系统模块，通过所述微处理系统模块计算该自动液位测距系统与液位之间的距离，并通过所述微处理系统模块控制所述液晶显示电路显示该距离。
较佳地，所述微处理系统模块包括CPU或单片机，且所述单片机为AT89C52单片机，通过所述AT89C52单片机控制其他装置动作。
较佳地，所述AT89C52单片机包括一12MHz高精度的晶振电路，以减小测量误差。
较佳地，所述超声波发射电路和所述超声波接收电路组成超声波传感器，所述超声波传感器为压电式超声波传感器。
较佳地，所述超声波发射电路包括一超声波TCT40探头，通过所述超声波TCT40探头发射一超声波；所述超声波接收电路包括一超声波RCT40探头，通过所述超声波RCT40探头接收发射后被反射的超声波。
较佳地，所述超声波接收电路还包括CX20106A芯片，所述CX20106A芯片中包括检波电路、除噪电路和放大电路，通过所述检波电路、所述除噪电路和所述放大电路对所述超声波接收电路接收到的超声波进行检波、除噪以及放大处理，从而将处理后的超声波信号发送至所述AT89C52单片机。
较佳地，所述液晶显示电路为能够显示16×2的32个字符的LCD1602显示电路，其中，所述16×2表示16列2行。
较佳地，所述AT89C52单片机包括一定时器，通过所述定时器记录从所述超声波发射电路发射超声波到所述超声波接收电路接收到反射回来的超声波的时间，从而计算出该自动液位测距系统与被测液位的距离。
较佳地，该自动液位测距系统与被测液位的距离为S=CT/2，其中，所述S为该自动液位测距系统与被测液位之间的距离，所述C为超声波在空气中的传播速度，所述T为通过所述定时器记录的超声波从发射到接收所用的时间。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
1、本实用新型通过设计自动液位测距系统，使通过该自动液位测距系统测量从被测液位到自动液位测距系统的距离，从而能够测得该自动液位测距系统到城市排污系统中箱涵的具体位置距离，从而有利于对排水管道进行；而且该系统结构简单、操作方便。
2、本实用新型设计的自动液位测距系统通过压电式超声波传感器，并采用CX20106芯片进行超声波接收，使之与单片机配合，与超声波的中心频率相近，有利于超声波的接收，以及在单片机中设置12MHz的高精度晶振电路，从而减小测量误差，提高测量精度。
附图说明
图1为本实用新型自动液位测距系统的结构框图；
图2为本实用新型自动液位测距系统超声波传播路径示意图；
图3为本实用新型CX20106A芯片接口图；
图4为本实用新型自动液位测距系统超声波测距原理框图。
符号列表：
10-微处理系统模块，20-振荡复位电路，30-超声波发射电路，31-超声波发射探头TCT40，40-超声波接收电路，41-超声波接收探头RCT40,42- CX20106A芯片，50-液晶显示电路。
具体实施方式：
参见示出本实用新型实施例的附图，下文将更详细的描述本实用新型。然而，本实用新型可以以不同形式、规格等实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使更多的有关本技术领域的人员完全了解本实用新型的范围。这些附图中，为清楚可见，可能放大或缩小了相对尺寸。
现参考图1详细描述根据本实用新型实施的自动液位测距系统，如图1所示，该自动液位测距系统包括微处理系统模块10、振荡复位电路20、超声波发射电路30、超声波接收电路40以及液晶显示电路50；该微处理系统模块10分别连接振荡复位电路20、超声波发射电路30、超声波接收电路40以及液晶显示电路50；该自动液位测距系统均通过该微处理系统模块10进行控制，该微处理系统模块10包括CPU或单片机，通过该微处理系统模块10发出40KHz方波脉冲，经过超声波发射电路30发射出一超声波，该超声波遇到障碍物后反射回来由超声波接收电路40接收，经过一系列信号处理，并由该超声波接收电路40将接收到的超声波发送至该微处理系统模块10，并通过该微处理系统模块10计算该自动液位测距系统与液位之间的距离，该微处理系统模块10将处理后的结果送入液晶显示电路50并显示液位与自动液位测距系统之间的距离。
其中，该单片机为AT89C52单片机，该AT89C52单片机是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器，而且该AT89C52单片机采用12MHz高精度的晶振电路，以减小测量误差；该AT89C52单片机中还设置有定时器，用于计算超声波从发射到接收的时间差；该超声波发射电路30和超声波接收电路40组成超声波传感器，且该超声波传感器为压电式超声波传感器，其中，该超声波发射电路采用超声波发射探头TCT40（31），该超声波接收电路采用超声波接收探头RCT40（41），该超声波发射探头TCT40（31）和超声波接收探头RCT40（41）相互配合，完成超声波的发射和接收。
如图2所示，由超声波发射探头TCT40（31）发射超声波，经过被测液面时被发射，并由超声波接收探头RCT40（41）接收超声波，具体实施过程中，该超声波发射和接收路径几乎为同一路径，并不存在较多运行路径或产生多余路径可忽略不计，而产生的单程路径即为该自动液位测距系统或自动液位测距仪与液位之间的直线距离，从而根据从超声波发射到接收的时间差计算出该自动液位测距系统与液位之间的距离，具体的计算公式为：S=CT/2，其中，S为自动液位测距系统与被测液位之间的距离，C为超声波在空气中的传播速度，T为超声波从发射到接收之间所用的时间。
如图3所示，该超声波接收电路40包括一CX20106A芯片42，该CX20106A芯片42内部集成了检波电路、除噪电路和放大电路；该CX20106A芯片42含有8个引脚，引脚1为超声波信号的输入端，引脚2连接有电阻和电容，通过增大或减小该电阻或电容，确定放大电路的放大倍数，从而改变放大电路的频率，引脚3与GND接地端连接有电容，从而起到检波作用作为检波电路，引脚5上连接有一个电阻，通过该电阻设置滤波过程的中心频率，引脚6与GND接地端之间接入一电容，从而确定探测距离；从而起到该CX20106A芯片42对超声波信号的放大和滤波作用。
如图4所示，该自动液位测距系统用于显示的液晶显示电路50为能够显示16×2的32个字符的LCD1602显示电路，16×2表示16列2行；由于空气中传播超声波能量的衰减与距离成正比，距离越小，衰减越小，距离越大，衰减越大，由于该CX20106A芯片为一红外线检波接收的芯片，而红外线超声波的频率为38KHz，与测距使用的超声波的频率接近，因此，可减少衰减带来的影响。具体的，该AT89C52单片机通过发出一个40KHz方波脉冲，经过放大之后通过超声波发射电路30即超声波发射器输出超声波，同时，该AT89C52单片机启动中断程序，由定时器开始计时，该超声波在接触到被测液位表面时会反射回来，并由超声波接收电路40即超声波接收器接收超声波；该反射回来的超声波经过放大电路放大、经过一锁相环的检波电路检波处理，并对超声波信号经过除噪电路进行滤波，并通过该CX20106A芯片42的输出引脚将经过滤波整形的超声波信号发送至AT89C52单片机，同时，该AT89C52单片机的中断口INT0检测到超声波接收电路接收到的返回信号，同时由定时器计算出超声波传播所用的时间，即从超声波发射到接收之间所用的时间T，由单片机进行判断并根据公式S=CT/2计算出该自动液位测距系统距离液位表面的距离；并由该AT89C52单片机控制将该距离S输出至液晶显示电路50，由LCD1602显示电路显示其距离S。
通过上述自动液位测距系统中各个单元的相互连接，其测量从自动液位测距仪到被测液位距离的具体方法包括如下步骤：
（1）将该自动液位测距系统连接电源，通过振荡复位电路将该自动液位测距系统进行复位，并启动单片机工作；
（2）该单片机发出40KHz方波脉冲，经过放大，由超声波发射电路发射出超声波；
（3）该超声波接触到被测液位后被发射回来，并由超声波接收电路接收，经过对发射回来的超声波进行滤波、整形（或称之为检波、除噪以及放大处理），从而发送至单片机；
（4）该单片机接收到超声波后，根据定时器测得的时间T，由该单片机根据公式S=CT/2计算出该自动液位测距仪到被测液位的距离，并将该距离通过一电信号发送至液晶显示电路，并控制该液晶显示电路显示出距离S。
通过本实用新型设计的自动液位测距系统，将单片机与其他各个电路相结合，从而测量测距仪与被测液位的距离，通过该单片机的自动控制，以及定时器的精确时间计算，使该自动液位测距系统测得的结构更加准确，而且该自动液位测距系统结构简单，实现起来比较容易，能够满足多种环境下的需求。
本实用新型提供的自动液位测距系统主要用于测量从测距仪距离被测液体之间的距离，该自动液位测距系统的微处理系统模块并不以本实施例提出的AT89C52单片机为限，还可以通过其他微处理器实现测距装置的精确控制和精确计算；该实施例提出的振荡复位电路不仅能够具有简单的按键启动电路，还可以包括对该系统的复位，使该自动液位测距系统能够多次测量，从而达到精确的目的；而且该液晶显示电路并不以此为限，还可以通过其他的显示电路进行显示，以达到实时显示测量距离的目的。该自动液位测距系统可通过一固定装置将该自动液位测距系统进行精确固定，从而在多次测量后能够不因该自动液位测距系统的晃动而影响测量距离。
另外，本实用新型提出的产生超声波的频率可根据单片机的脉冲信号相关，而且该超声波的传播速度可根据超声波在具体测量的环境中进行确定，并不仅限于本实施提出的空气中的传播速度。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型也意图包含这些改动在内。
Claims (9)
1.一种自动液位测距系统，其特征在于，包括微处理系统模块、振荡复位电路、超声波发射电路、超声波接收电路以及液晶显示电路；
其中，所述微处理系统模块分别连接所述振荡复位电路、所述超声波发射电路、所述超声波接收电路和所述液晶显示电路；
通过所述微处理系统模块发送40KHz方波脉冲，经过所述超声波发射电路发射出一超声波，所述超声波遇到被测液位后反射回来由所述超声波接收电路接收，并由所述超声波接收电路将反射的超声波信号传输到所述微处理系统模块，通过所述微处理系统模块计算该自动液位测距系统与液位之间的距离，并由所述微处理系统模块控制所述液晶显示电路显示。
2.根据权利要求1所述的自动液位测距系统，其特征在于，所述微处理系统模块包括CPU或单片机，且所述单片机为AT89C52单片机，通过所述AT89C52单片机控制其他装置动作。
3.根据权利要求2所述的自动液位测距系统，其特征在于，所述AT89C52单片机包括一12MHz高精度的晶振电路。
4.根据权利要求1所述的自动液位测距系统，其特征在于，所述超声波发射电路和所述超声波接收电路组成超声波传感器，所述超声波传感器为压电式超声波传感器。
5.根据权利要求4所述的自动液位测距系统，其特征在于，所述超声波发射电路包括一超声波TCT40探头，通过所述超声波TCT40探头发射一超声波；所述超声波接收电路包括一超声波RCT40探头，通过所述超声波RCT40探头接收发射后被反射的超声波。
6.根据权利要求5所述的自动液位测距系统，其特征在于，所述超声波接收电路还包括CX20106A芯片，所述CX20106A芯片中包括检波电路、除噪电路和放大电路，通过所述检波电路、所述除噪电路和所述放大电路对所述超声波接收电路接收到的超声波进行检波、除噪以及放大处理，从而将处理后的超声波信号发送至所述AT89C52单片机。
7.根据权利要求1所述的自动液位测距系统，其特征在于，所述液晶显示电路为能够显示16×2的32个字符的LCD1602显示电路，其中，所述16×2表示16列2行。
8.根据权利要求6所述的自动液位测距系统，其特征在于，所述AT89C52单片机包括一定时器，通过所述定时器记录从所述超声波发射电路发射超声波到所述超声波接收电路接收到超声波的时间，从而计算出该自动液位测距系统与被测液位的距离。
9.根据权利要求8所述的自动液位测距系统，其特征在于，该自动液位测距系统与被测液位的距离为S=CT/2，其中，所述S为该自动液位测距系统与被测液位之间的距离，所述C为超声波在空气中的传播速度，所述T为通过所述定时器记录的超声波从发射到接收所用的时间。
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