來源：《電子產(chǎn)品世界》

摘要：闡述了超聲波非接觸液位計測量的原理，給出了硬件電路和軟件編程的設(shè)計方法，對其應(yīng)用也作了簡單介紹。 關(guān)鍵詞：aduc812芯片、超聲波、液位、非接觸

1.概述

隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及大規(guī)模集成電路芯片技術(shù)的飛速發(fā)展，超聲測距技術(shù)也日臻成熟。于九十年代初，國內(nèi)開始將超聲測距技術(shù)應(yīng)用于河流、湖泊、水、渠等水體的水位測量中及其油、漿等液體的液位測量之中，并開始發(fā)揮其重要作用。

aduc812是adi公司99年開發(fā)面市的新一代、帶有嵌入式閃速mcu的多通道12位a/d轉(zhuǎn)換器，用aduc812作為核心，加上超聲波發(fā)、收電路以及存儲、顯示等電路所組成的超聲波非接觸液位計，不僅減小了儀器的體積，更增加了儀器的可靠性、穩(wěn)定性和實用性。

2.aduc812芯片特性

圖1是aduc812內(nèi)部功能框圖，該芯片具有與8051兼容的內(nèi)核，額定工作頻率為12mhz（最大為16mhz），3個16位定時器/計數(shù)器，32條可編程的i/o口線，端口3具有高電流驅(qū)動能力，9個中斷源并有2個優(yōu)先級。芯片內(nèi)集成有8k字節(jié)閃速/電擦除程序存儲器，640字節(jié)閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲器，片內(nèi)充電泵（不需要外部vpp ）；256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)ram，16m字節(jié)外部數(shù)據(jù)地址空間，64k字節(jié)外部程序地址空間。在摸擬輸入輸出方面：片內(nèi)集成有8通道、高精度的12位a/d，片內(nèi)40ppm/℃電壓基準(zhǔn)，采樣速率達(dá)200ksps，dma控制的高速a/d至ram捕獲，2個12位電壓輸出d/a，片內(nèi)溫度傳感器功能。在電源方面，芯片可用3v或5v供電，并有正常、空閑和掉電三種工作摸式。片上還集成有：uart輸入/輸出口，雙線（i2c兼容）和spi串行i/o口，看門狗定時器和電源監(jiān)控電路。

3.測量原理

超聲波非接觸液位計的測量原理如圖2所示：由cpu控制超聲發(fā)射電路，通過超聲傳感器發(fā)射超聲脈沖波，該脈沖波遇到被測液面（水面）后，反射到超聲傳感器，cpu通過測計發(fā)射、接收之間超聲波往返的傳播時間t（秒），來計算測量距離h，圖2中：

h=1/2·vt （米）

v 為空氣中的聲速，其近似公式為：

v=331.45+0.61t （米/秒）

t為測量時的氣溫（℃），可以在測量距離的同時測量氣溫來進(jìn)行對聲速的修正。

圖2中設(shè)傳感器安裝高程為h0（可在安裝傳感器時測得），則液位h可用下式算得：

h=h0-h=h0-1/2·vt （米）

本液位計時間測量精度為微秒級，溫度測量精度為0.1℃，由此產(chǎn)生的液位測量誤差經(jīng)分析計算為1厘米。

4.硬件電路設(shè)計

根據(jù)液位測量原理及aduc812的特性, 非接觸超聲波液位計的電路組成如圖3所示：主要有單片機(jī)控制系統(tǒng)，時鐘值班電路，超聲波發(fā)射、接收電路，鍵盤顯示等部分組成。

單片機(jī)控制系統(tǒng) 以aduc812為核心，控制液位計測量、運(yùn)算處理、顯示、打印、向外傳送數(shù)據(jù)等。設(shè)計6位lcd液晶顯示器用來顯示液位和參數(shù)值，用tpup-16微型打印機(jī)記錄測量時的時間、液位；設(shè)計有256kb×8字節(jié)的自帶電池保護(hù)的非易失數(shù)據(jù)存儲器sram，用來存儲時間及液位；超聲傳感器的安裝高程、時鐘及測量、打印、存儲液位的時間間隔等參數(shù)都是通過4個功能鍵置入的。為提高液位計的可靠性，設(shè)計有上電復(fù)位、手動復(fù)位及自復(fù)位（利用aduc812內(nèi)部的看門狗定時器）；為了能適時向外傳送測量結(jié)果，液位計設(shè)計有與無線數(shù)傳電臺及有線的rs-232接口，便于用戶配接。