CN201110972Y - 超声波遥感液位显示控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种超声波遥感液位显示控制器。涉及超声波测距、数值显示、数据通讯、及双泵智能控制装置。主控单片机控制超声波探头发射超声波，同时计算回波到达时间，根据超声波在空气中的传播速度，换算为探头到液面的距离。此距离值用来显示，并与多个设定值比较，控制输出继电器动作，实现报警输出及两台水泵(或电磁阀)的智能控制。本控制器内数据还可以通过485总线与上位机交换，实现多台控制器的集中控制。由于全部采用数字信号技术，解决了模拟信号易受干扰、非线性、温度漂移、重复性差等问题。测量精度高、重复性好、控制准确。探头不与被控制的液体接触，可实现强酸，强碱，有毒物质，污水等液位的控制。本控制器集成了超声测距传感器，液位显示及控制用二次仪表，可编程控制器(PLC)三项功能。使用本控制器控制液位电路简单，成本低廉。

Description

超声波遥感液位显示控制器

一、技术领域：

本实用新型应用于非接触液位测量与控制，集成了超声波距离、液位显示、整定值设定，输出设备控制，液位失控及设备故障报警功能。简化了传统液位控制设备。

二、背景技术：

目前公开的超声测距系统，主要应用于距离测量，追求高精度。对于噪声引起的干扰，由人脑做出判断。当做液位控制时，噪声引起的干绕容易引起执行机构误动作。已有的超声测距设备一般作成标准传感器方式，使用标准模拟信号(4-20ma电流或0-10V电压)传输，模拟信号易受干扰，温度特性差，不能纠错。还需配用二次仪表与可编程控制器PLC才能构成完整液位控制系统，性价比太低，因此未能普及。传统液位控制器工作方式主要有以下两种：1.使用浮球的简单液位控制，因浮球触点接触不良、浮球卡滞或漏液等问题，容易出现误动作。无液位显示，多台输出设备控制功能简单，可靠性较差，不能集中控制。2.使用压力传感器测量液体低部与表面的压差，换算为液体深度的方式，需要二次仪表做为显示和输出控制，通用仪表只有报警和一路输出，多台输出设备的智能控制还需要可编程控制器PLC。造价高。使用模拟信号传输的问题同样存在。使用压力传感器属于接触式测量，对要测量的介质有限制。

本实用新型充分利用了超声传感器的非接触方式，通过全数字处理保证了测量精度，专用滤波程序很好地解决了干扰引起的误动作问题。并把可编程控制器(PLC)的功能集成在单片机中，构成了一款高性价比的液位控制器。

三、发明内容：

本实用新型公开了一种全部采用数字技术，利用非接触测量方式，实现距离测量，数值显示，整定值输入，输出判定，智能分配输出设备，设备故障检测、故障设备弃用，自身故障检测，故障报警。看门狗自动复位，与上位机通讯等功能的全自动非接触式液位控制器。

本实用新型的技术解决方案如下：单片机上电或复位自检后读取非易失性随机存储器内的设定值，准备与测量值比较。然后发出测试脉冲信号给超声波功率放大器，经放大后驱动超声波换能器，发射超声波后开始计时，换能器收到回波，经接收电路放大、整形检波后处理为单片机可以接受的数字信号，传送给单片机。单片机接收到回波信号后停止计时。根据超声波的传播速度，把所计时间换算为距离值。多次测量后利用专用滤波程序做滚动数字滤波，排除干扰信号，得到真实的距离值并通过显示设备输出。此距离值与设定的输出整定值比较，决定是否输出。如果需要输出，再根据设备状况设定值或工作过程中的设备状况采样值决定输出到哪台设备。通过驱动电路输出。在距离测量的间隔时间，单片机采样键盘电路和外部设备状况反馈接口，如果有新的整定值或设备状况信息输入，处理后写入非易失性存储器内。单片机在正常工作时不断输出喂狗脉冲给看门狗电路，因死机出现喂狗脉冲消失，看门狗电路发出复位脉冲使整机复位。因水位失控，有设备发生故障等情况，给出报警信号。单片机使用485总线与上位机通信。可以由上位机集中控制。

本实用新型控制器可以直接驱动电磁阀。只需外接两个接触器，即可组成驱动两台泵的智能液位控制系统。

四、附图说明：

图1为本实用新型的电原理框图

图2为本实用新型的电源图部分

图3为本实用新型的主单片机及键盘图部分

图4为本实用新型的看门狗及通信隔离图部分

图5为本实用新型的显示及输出驱动图部分

图6为本实用新型的超声波处理电路部分

图7为本实用新型的输出及通信电路图部分

图8为本实用新型的元件布局图

五、具体实施方式：

附图为本实用新型的具体实施例

下面结合附图对本实用新型的具体内容做进一步说明。

参照图1所示的本实用新型原理框图，包括1、超声换能器；2、发射及接收电路；3、非易失存储器电路；4、键盘电路；5、外围设备状况信息输入及隔离电路；6、与上位机通信电路(RS485)；7、看门狗电路；8、显示电路；9、报警输出电路；10、一路输出驱动；11、二路输出驱动；12、一路输出；13、二路输出；14、电源电路；15、主控单片机。具体工作方式为，电源电路14提供适当的电源给各功能模块。单片机15复位(上电、手动、看门狗)后读取非易失存储器3内的整定值备用。并发出超声波信号，经发射电路2放大后送超声波换能器1发出超声波。返回信号经换能器1接收后再经接收电路2放大、整形、滤波等处理后送主控单片机15。由主控单片机15根据超声波返回的时间和超声波在介质中的速度计算出距离。此距离值暂存于内存中，多次采样后的多个距离值使用数字滚动滤波程序除掉干扰，真实值送LED显示电路8显示，并用此值与非易失存储器电路3内存储的设定值比较，决定是否输出。如果需要输出，再根据非易失存储器电路3内的设备状况设定值或工作过程中的设备状况采样值决定输出到11-13或12-14。本实用新型设定为每0.5秒采样一次距离值，间隔时间处理键盘4信号，如有新的设定值输入，写入非易失存储器电路3的存储器内。在11-13或12-14有一路输出的情况下采样外围设备状况信息5，外部设备异常时自动更换输出，弃用工作异常设备，并在报警输出电路9上输出报警信号。单片机在正常工作时定时输出喂狗脉冲给看门狗电路7，如果死机或程序跑飞进入死循环，喂狗脉冲消失，看门狗电路7发出复位脉冲使主控单片机l5复位，使系统恢复正常工作状态。如果水位失控，报警输出电路9也会输出报警信号。本实用新型通过通信电路6与上位机交换信息，采用RS485总线，通信距离最大可达到1.2千米。可由上位机集中控制多台控制器。

图2所示为本实用新型的电源电路，使用专用TOP系列单芯片开关电源集成电路，输出+5V及+12V电压，供需要的电路使用。

图3所示为本实用新型的主控单片机及键盘电路，主控单片机使用89C51或89C52，为降低成本，键盘直接使用单片机的P1口。

图4为本实用新型的看门狗及通信隔离图，看门狗电路使用555电路构成，在主控单片机故障时自动复位。通信电路与外通信线路使用光耦合器隔离。避免通信线路上的感应信号干扰单片机。

图5为本实用新型的显示及输出驱动电路，显示电路由三位LED数码管构成，最大显示999(CM)，液位变化可精确到1(CM)。驱动电路由晶体管构成。

图6为本实用新型的超声波处理电路，完成放大输出超声波信号，与超声波传感器匹配，接收回波信号，滤波，整形等功能。

图7为本实用新型的输出及通信电路图，使用485通信专用集成电路，构成标准通信模块。输出使用继电器输出并与外部设备隔离。

图8为本实用新型的元件布局图。使用标准仪表外壳。

本实用新型已有多台样机，在高干扰环境下工作半年以上，工作状况良好。

Claims (2)

1. 一种超声波遥感液位控制器，包括：超声换能器(1)，发射及接收电路(2)，非易失存储器电路(3)，键盘电路(4)，外围设备状况信息输入及隔离电路(5)，与上位机通信电路(6)，看门狗电路(7)，显示电路(8)，报警输出电路(9)，一路输出驱动(10)，二路输出驱动(11)，主控单片机(15)；其特征在于，上述超声换能器(1)通过上述发射及接收电路(2)与上述主控单片机(15)连接，上述主控单片机(15)分别与上述非易失存储器电路(3)、上述键盘电路(4)、上述外围设备状况信息输入及隔离电路(5)、上述与上位机通信电路(6)、上述看门狗电路(7)、上述显示电路(8)、上述报警输出电路(9)连接，上述主控单片机(15)分别通过一路输出驱动(10)、二路输出驱动(11)连接至一路输出(12)、二路输出(13)。

2. 根据权利要求1所述的超声波遥感液位控制器，其特征在于，上述电路使用标准仪表外壳及三块电路板的元件布局。

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