超聲波液位測量及顯示系統(tǒng)

田文秀 李宏敏 王紅心

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722003

摘要：本設(shè)計(jì)是為了測量油罐車液位而開發(fā)的測量和顯示系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)基于超聲波傳感器測量、以Cortex—M3系列STM32F103C8T6為主控芯片，利用LabVIEW上位機(jī)進(jìn)行顯示的系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過上位機(jī)顯示，實(shí)時(shí)顯示，顯示直觀方便，便于監(jiān)控，主要用于監(jiān)控水塔的深度和油罐車液位，擴(kuò)展后可應(yīng)用于油箱、輸油管等測量液位的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：油罐車液位；超聲波傳感器；Labview上位機(jī)

在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中油罐液位測量控制不好，會出現(xiàn)抽空或溢油“冒頂”事故；油氣分離器液位偏高或偏低會出現(xiàn)“跑油”、“竄氣”事故，嚴(yán)重影響后序設(shè)備的生產(chǎn)。為了避免以上事故的發(fā)生，我們設(shè)計(jì)出了超聲波液位測量及顯示系統(tǒng)，由于超聲波是非接觸測量，測量安全可靠，誤差較小，且能通過上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示，便于監(jiān)控。

為了實(shí)現(xiàn)液位的測量，設(shè)計(jì)出了超聲波發(fā)射、回波信號接收、溫度測量、顯示和報(bào)警、電源等硬件電路模塊，編寫了相關(guān)的上位機(jī)程序。該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)測量部分（超聲波測距傳感器）、數(shù)據(jù)處理部分（STM32主控部分）及顯示部分（LabVIEW上位機(jī)顯示部分）組成。如圖2為該系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

二、測試結(jié)果

該系統(tǒng)是由STM32最小系統(tǒng)板和超聲波測距傳感器為測量處理部分，PC端上位機(jī)為顯示部分。超聲波傳感器模塊將測得時(shí)間的數(shù)據(jù)傳給主控芯片STM32處理計(jì)算，STM32計(jì)算后將距離數(shù)據(jù)通過串口傳遞給PC機(jī)，最終的數(shù)據(jù)會在PC機(jī)上以圖表形式顯示出來[2]。圖4、圖5是超生波液灌水位檢測系統(tǒng)界面圖和實(shí)物調(diào)試圖。

利用本測量系統(tǒng)測量了一些液位，測試樣本為50個(gè)，測試中超聲波測量與實(shí)際測量相對誤差范圍在1.0%～3.0%之間，可以說明該測量系統(tǒng)比較精確。

三、總結(jié)與分析

（1）本設(shè)計(jì)利用超聲波方向性強(qiáng)、能量易于集中、能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離的特點(diǎn)。由于是超聲波測量，避免了電子測量的電干擾起火等問題，并且能達(dá)到足夠的精確度，最大測距可達(dá)15米。

（2）本產(chǎn)品做工簡單，主要器材就是超聲波傳感器和計(jì)算機(jī)，工程量小，造價(jià)低廉，適合批量生產(chǎn)。

（3）本產(chǎn)品易于操作和設(shè)置，用戶界面簡單明了。通過上位機(jī)顯示，實(shí)時(shí)顯示，顯示直觀方便，便于監(jiān)控，本設(shè)計(jì)主要用于監(jiān)控水塔的深度和油罐車液位，擴(kuò)展后可應(yīng)用于油箱、輸油管等測量液位的領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹建海，路長厚，韓旭東.基于單片機(jī)的超聲波液位測量系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2004，（1）：3940.

[2]喬瑞萍. LabVIEW for Everyone Graphical Programming Made Easy and Fun電子工業(yè)出版社，2008.6：6787.

作者簡介：田文秀（1982），男，湖北蘄春人，碩士，講師，湖北大學(xué)知行學(xué)院大學(xué)物理主講教師。