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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

液位测量在石油、化工、气象等部门被广泛应用，尤其在化工业生产过程中，常需对密闭容器内的液体液位进行精确测量，由于这些液体一般都是易爆、易挥发、强腐蚀及有毒性液体，给传统的接触式液位检测带来一定难度，实现无接触、智能化、高精度、低功耗是液位计目前的发展方向。随着单片机、微电子、传感器、总线接口等高新技术的迅速发展，液位仪表的研制有了长足的进步，以适应越来越高的应用要求。由于超声波的速度与光速相比要小的多，传播时间比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而超声波测距被广泛应用。

超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流、无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点，在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。由于是非接触式测量，所以它能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用，可测范围广，适用于无损检测。比如要测量有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离。但由于超声波传播时间难于精确捕捉，温度对声速的影响等原因，使得超声波测距的精度受到了很大的影响，限制了超声波测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用。

目前，基于超声波测距的精度需求和盲区减小的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等，同时对实时性观测要求也越来越高。本文结合超声波精确测距的需要，分析了影响超声测距精确度的多种因素，进行了系统的硬件和软件设计，来有效提高测距系统的精度；同时设计了无线传输电路，设计结果能够及时传送给上位机。

国内外研究现状

对于液位测量传感器的研究，国外的液位测量技术起步较早，且投入资金雄厚，发展非常迅速，到目前为止，国外许多公司都研制出很多功能齐全的、自动化智能程度高、精度高的测量体系与产品系列，如美国drexelbrook公司研制的universall Ⅱtm连续液位变送器（其精度可达0.1%，量程最大15米，4-20ma电流输出，上、下限位报警，叠加智能通讯协议—hart、honeywell等），美国在液位传感器的研制方面也一直处于领先地位。美国milltronics公司研制的多量程超声波液位监测系统具有测量液位及液位差的能力，其采用的非接触式超声波传感器，可监视30cm到14m范围的液位变化，该系统专门编制了一种增强回声的软件程序，多量程系统被监视槽的超声波分布图储存在计算机存储器中，采用连续测量确定液位方法来修改分布图；magmetrol国际公司的echtel-fⅡ型超声波液位控制仪有两种控制模式：连续波信号的高增益系列和脉冲信号的超增益系列，还增加了一个检验机构，使之具有自检功能，避免了一般超声波仪器中零电压输出即可能表明无液体，也可表明低液位或控制出现故障等问题。hybepark电子公司的双液位传感系统采用二只分别调节上限和下限液位的电位计，超声波探头安装在液体之上且与控制装置连接，控制装置比较被感受到的极限液位后去启动指示器和继电器，然后启动液位输出。美国的drexelbrook公司与rosemount公司以及日本、加拿大等国公司研制开发的产品在国际市场上占有很大的比重。据统计，drexelbrook公司至今在全世界已经有3万多例成功的现场应用。

2. 研究的基本内容

首先介绍了超声波测距的基本原理。

针对电路设计中需要注意的问题设计了硬件电路，包括超声波测距模块电路、液晶显示模块电路、无线收发模块电路等，之后对测距系统进行了软件设计，最后对设计过程中发现的一些问题(干扰、测量误差等)，从软、硬件两方面分析了原因，并提出了一些解决的措施和改进的办法，为研制更加完善的超声波液位计打下了基础。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：

（1） 查阅参考文献，调研国内外光电传感式液位计的设计方法。

（2） 设计光电传感式液位计。

4. 参考文献

[1]孙娟.基于dsp的超声波液位计的研制.南京信息工程大学,2005

[2]李春玲.基于单片机的高精度超声波液位检测系统.电子科技大学学报,2006(3):371-374

[3]孙茂喆,赵传华,马法山.基于调频脉冲回波法的超声波液位无线测量系统.科技传播,2016(13):219-221