智能超声波水位控制器研究

　　水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站、锅炉等的过程控制中都涉及到了水位控制。以往的水位控制是由人工来完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室，然后主控室再开动电机进行给排水。上述重复性的工作无论从人员、时间和资金等方面都将造成很大的浪费，同时也容易出错。

　　智能水位控制系统不仅能够自动检测水位，并且还能够根据水位的高度变化情况自动调节水量，将减少大量繁琐的人工控制工作，本文就是研制一种方便可靠、简单实用且性价比高的水位控制系统，能够广泛应用于各种工业和生活领域。本系统选择以单片机为核心的智能超声水位控制系统方案是一种能够满足上述要求的智能控制检测系统，体现了智能检测控制系统在工业应用领域和生活应用中的重要作用[1][2]。

　　1 系统工作原理

　　智能超声水位控制系统的工作原理如图1所示。首先设定水位的上限水位高度和下限水位高度分别为200cm和50cm。经单片机AT89S51编程实现40kHz的方波信号输出，经超声波发射电路处理后驱动超声波探头UCM40R发出40kHz的超声波，此时单片机内部开始计时。超声波发出后经水面的反射返回，反射回来的超声波经与超声波发射探头处于同一水平高度的超声波接收探头接收，产生一个电信号，此电信号经过超声波接收电路的放大滤波作用后成为一个正常电平信号，此电平信号经过中断处理电路后出现一个电平的跃变过程。传入设置为负脉冲边沿触发的单片机外部中断输入口，此时单片机内部停止计时。由超声波的往返时间和传播速度经单片机的内部程序进行运算处理后得出液面的高度。

　　将单片机运算所得的液面高度分别与上限水位高度和下限水位高度进行比较，若水位高度小于水位下限，表明容器内水量不足，此时黄色发光二极管亮，模拟驱动水泵进行供水，并开启蜂鸣器进行报警。若水位高度处于上下限值之间，则表示水位高度正常，开启绿色发光二极管。若水位高度大于水位上限，则表明容器内水量过多，易出现溢出现象，此时驱动红色发光二极管发光模拟排水并显示当前液面高度值，同时启动蜂鸣器进行蜂鸣报警。蜂鸣器报警工作会一直持续到水位深度处于正常液面高度为止，同时液晶屏上实时显示当前的水位高度。

　　采用超声波传播技术检测水位高度，实现了非接触测量以及水位动态显示，极大提高了系统的可靠性。超声波传感器是实现自动测量和自动控制的首要环节，输出量与被测量有确定的函数关系。它们在大气中传播有类似的特性，在相同的传播媒介里(大气条件)传播速度相同，即在相当大的频率范围内声速不随频率的变化而波动。