基于单片机的超声波淤泥界面检测系统

　　在城市生活污水和工业废水的处理过程中, 对沉淀污泥的监控是一个重要环节, 污泥处理的好坏将直接影响出水的水质和工作效率。为有效提高污水处理效率, 延长设备使用周期及提高污水处理的自动化水平, 必然要求对污泥监控行自动控制[1]。研究和开发一种合适的沉淀池内泥水界面的自动测量系统, 是实际工业生产的迫切需要, 具有很高的应用价值。近年来, 随着单片机在我国的推广, 以其简单实用、功能强、体积小而日益广泛地被设计师采用, 尤其在工业控制领域中应用更为突出。本文将介绍一种基于单片机的利用超声波实现淤泥界面测量的系统。

　　1 系统原理

　　超声波测量技术不受光线、被测对象颜色等的影响, 在较恶劣的环境中具有较强的适应能力。广义的超声波是指频率在20kHz以上的一种机械波, 超声波测距的方法很多, 如相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间检测法等。本系统采用渡越时间检测法, 即测距时超声波发射器不断发射超声波, 遇到障碍物( 即被检测对象)后反射回来, 通过超声波接收器接收到反射波信号, 并将其转变为电信号, 测出从发射超声波至接收到反射波的时间差(渡越时间t) , t与超声波传播速度c相乘可求出被测距离s。

　　该系统由AT89C51单片机[2]、超声波发射电路、接收放大电路、环境温度采集电路及显示电路组成, 系统框图如图1。系统工作原理: 单片机AT89C2051发出启动信号, 该脉冲作用于NE555多谐振荡器, 使振荡电路产生40kHz 的脉冲方波, 经功放加至超声波传感器。同时通过程序设置P3.2口置1,即INT0=1, 使AT89C2051的T0计数器开始记数, 然后单片机不停的检测INT0引脚。从淤泥界面反射的回波被超声波接收探头接收, 根据压电效应产生回波电压信号, 由于回波信号很弱, 所以先经过放大及滤波等电路, 最后通过比较电路使控制触发器翻转, 即INT0=0, 发出中断请求, 使单片机的T0计数器停止记数, 此时将T0的记数值N送存RAM[3]中, 假设从发射超声波到接收回波信号所用时间为t, 单片机的机器周期为T, 则t=NT, 设声速为c, 探头到淤泥界面的距离为L, 则有L=ct/2=(cNT)/2, 由于超声波的传播速度受温度影响较大, 本测距系统采用了DS1820温度传感器(该传感器自带AD转换, 可直接使用)测得环境温度, 通过软件编程查表的方法得出超声波传播实际速度, 再根据测距公式L=(cNT)/2 来计算距离L, 从而保证了测量的精度及可靠性。计算结果送到LED显示电路进行显示。

　　2 系统硬件的总体设计

　　2.1 单片机的选择

　　本系统选用AT89C51单片机, 它是由美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能的COMS8位单片机, 与标准的MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容, 功能强大, 性价比高。AT89C51在本系统中的引脚使用分配如表1所示。