基于超声波传感器的无线液位测量系统

　　1　引言

　　超声波液位测量有许多优点:它不仅能够定点和连续测液位,而且能方便地提供遥测或遥控所需的信号。与其他测位技术相比,它不需要特别防护,安装和维护较方便,而且结构、方法都较简单,价格低廉。另外,常用的测量方法多采用有线的方式,结构复杂,受外界条件影响较大。

　　2　系统工作原理

　　在超声波液位测量技术中,应用最广泛的是超声波脉冲回波方法。由发射传感器发出超声波脉冲,传到液面经反射后返回接收传感器,测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间,根据媒质中的声速,就能得到从传感器到液面之间的距离,从而确定液面。系统包括液位检测模块、无线发射模块、无线接收模块和上位机工作站。超声波传感器安装于储液罐顶部,如图1所示,超声波传感器将接收到的信号经数据处理后由无线数传模块发射、接收送上位机工作站,进行进一步处理。

　　3　硬件实现

　　3·1　液位检测单元

　　系统硬件结构见图2。在单片机的控制下,发射电路可控硅导通,发出1个脉冲信号,使超声波探头中晶片振荡,发出超声波,超声波在储液罐中传播。当反射回波进入超声波探头时,引起晶片振动,产生电压信号,电压信号进入接收放大电路放大,由检波电路检波后进入单片机,由单片机计算出发射时刻和回波信号到达时刻的时间差。同时,超声波探头中的测温电路对容器壁温度进行检测,反映当前时刻温度值的电压信号进入信号调理电路,进行放大、滤波和A/D转换,以数字量的形式输入单片机,作为单片机计算数据之一,然后经STR-16无线发射/接收模块传到上位机,其示意图如图3所示。

　　3·2　无线发射/接收模块

　　选用STR-16型微功率无线数传模块,模块具有以下特点:

　　(1)高抗干扰能力和低误码率。基于GFSK的调制方式,采用高效前向纠错信道编码技术,提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力,在信道误码率为10-3时,可得到实际误码率为。

　　(2)传输距离远。在视距情况下,天线高度>2 m,可靠传输距离可达2 km(BER=)。

　　(3)多信道。STR-16标准配置提供8个信道,如果用户需要,可扩展到16/32信道。满足用户多种通信组合方式。

　　(4)双串口,3种接口方式。STR-16提供2个串口、3种接口方式,COM1为TTL电平UART接口。COM2由用户自定义为标准的RS-232/RS-485口。

　　(5)低功耗及休眠功能。+5 V供电,接收电流<50 mA,发射电流<300 mA,休眠电流<200μA.

　　(6)低功率发射,最大发射功率500 mW.

　　(7)载频频率915 MHz.STR-16型微功率无线数传模块与单片机AT89C52接口电路如图4所示。