具有神经元的智能超声波液位仪

　　0　引言

　　近年来,随着电子技术和自动化技术的提高,对各种测量系统的精度要求越来越高,从而超声波作为一项较新的技术被应用于各个领域^[1]。研制的液位仪可在外部方便地测量出封闭罐中的液位,不与被测物体直接接触,在设计时采用Lon-Works技术和单片机相结合,实现了对等方式工作,监控传感器,控制执行器,可靠地通信,管理网络操作等。它不但可提高测量精度和可靠性,而且可提高用户的安全和易于环境保护。这种液位仪可透过罐的外壁测量罐内的液位。尤其对高压的液化气体、有毒液体等的测量提出了安全环保的测量方法和手段,适合高压的液化气体、有毒液体的集中管理,对人身安全和环境保护具有重要意义。

　　1　LonWorks技术

　　运用LonWorks技术^[2]的节点控制器可组成真正的分布式控制系统。智能节点控制器位于传感器和执行机构所在的现场,不仅担负I/O任务,还具有很强的信息处理能力,能单独构成小型的控制系统,即单机控制器。另外,这些智能节点通过局部操作网络和监测节点进行通信。该网络仅需通过双绞线完成网络通信,并且任何智能节点控制器之间可以相互传递信息。这种分布式控制系统的优点是:可大量节省传输线缆的敷设量;大大加强整个系统的可扩充性、可维护性;系统网络中全部以数字量进行传输,整个网络协议本身又具有强大的纠错功能,具有较长的传输距离和较强的抗干扰能力;可以实现无上位机的全分布式无主工作。

　　神经元芯片是由多个微处理器、读写存储器和只读存储器(RAM和ROM)、通信和I/O接口组成。只读存储器包含操作系统、LonTalk通信协议和I/O功能数据库系统。芯片有用于装置数据和应用程序的非易失性RAM,两者都可从通信网络上下载。在制造时,每个神经元芯片被赋予一个永久的唯一的名为神经元ID的48位码。

　　2　超声波液位计的工作原理

　　此液位仪是将超声波传感器设置在液罐外壁的底部来观测液位高度,如图1所示。

　　由于超声波在不同液体媒介中传播速度不同,用户选择液体种类后,计算机根据所选出的液体种类查询出对应此液体媒介中超声波的传播速度v1,根据用户输入的液罐壁厚d和液罐材质,计算机可根据输入的材质查询出对应此材质中超声波的传播速度v.并根据测得的从发射到反射之间所用的时间t,可求出液位高度H:

　　3　液面仪总体结构

　　总体结构如图2所示,主要由超声波收发器、收发开关、发射部分、接收部分、信号处理、温度补偿、控制输出、神经元和外部终端等组成。其中发射部分包括同步器、脉冲串生成、频率调节、振荡器、相位检测、功率放大及功率放大调节。接收部分包括滤波放大、放大调节、检波及检波调节。外部终端包括显示器和键盘。