第２０卷第３期２０１４年３月水利科技与经济ＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｃｏｎｏｍｙＶ０１．２０Ｎｏ．３Ｍａｒ．，２０１４基于单片机技术设计的水塔液位测距仪刘威１，周琳博２（１．哈尔滨市江北水城调度中心，哈尔滨１５００００；２．哈尔滨市水务科学研究院，哈尔滨１５０００１）［摘要］本设计选择５ｌ系列单片机为控制核心，采用超声波测距模块ＨＣ—ＳＲ０４设计了一种可以实现２—４００ｅｍ范围内的水塔液位测量仪表。该仪表的硬件部分主要由单片机控制模块、液位测量模块、温度补偿模块及显示模块组成。软件程序采用单片机Ｃ５１语言进行编写，主要包括了主程序、发射子程序、接收子程序、计算子程序、温度补偿子程序及显示子程序构成。经实验证明，本测距仪电路简单，工作可靠，算法合理，测量数据准确。［关键词］液位测量；超声波；测距仪；温度补偿［中图分类号］ＴＰ３９［文献标识码］Ｂ［文章编号］１００６—７１７５（２０１４）０３—０１５７—０４Ｏ引言水塔供水的主要问题是应始终保持塔内水位在一定范围内，以避免“空塔”、“溢塔”现象发生。目前，实现水塔液位测量方法主要是采用非接触式测量，较为成熟的测量技术主要包括激光测距、电磁波测距、超声波测距等。其中，利用激光测距和电磁波测距原理设计的仪表，普遍存在装置结构复杂、价格昂贵的缺点，而利用超声波测距原理开发的测距仪表成本较低，且具有指向性强，穿透能力强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等优点。本文将介绍一种基于单片机技术开发的超声波液位测量仪表。１系统设计１．１系统结构设计首先将液位检测传感器安装在靠近水塔的顶部，距离水塔底部高日处，安装设计好的液位检测传感器水平垂直发出超声，当超声波遇到水面经液面向上发射到水位测量仪，测距仪接收到发射回的超声波时，由单片机控制器算出超声波往返一次所用的时间，即可算出测距仪到水面的距离Ｌ，水位高度ｈ可以用以下公式算出：ｈ＝日一ｖｔ／２式中：秒为超声波的传播速度，在空气中传播约为３４０ｍ／ｓ；ｆ为超声波由测距仪到水面往返一次的时间。利用４０ｋＨｚ的超声波发声器，实现４０ＫＨｚ的振荡是很容易的，并且方法很多种。取测距仪与水面的距离为适当的高度，可令超声波发出去后能有效地返回，让接收器接到信号到单片机，利用单片机处理所得的数据即可很大，测量结果不会有太大的误差，见图１。本设计选择了一种脉冲填充计时型超声波传感器为接口部件，结合单片机控制技术设计了一套水塔液位检测装置。该装置主要由主控制器模块ＡＴ８９Ｃ５２单片机、液位检测模块ＨＣ—ＳＲ０４型超声波传感器、温度补偿模块ＤＳｌ８８２０数字式温度传感器和显示模块等５个模块构成，见图２。１．２硬件设计１．２．１液位检测单元ＨＣ—ＳＲ０４超声波模块有两个探头，一个（ＴＲＩＧ）用来发射并接收超声波，而另一个探头（ＥＣＨＯ）是输出回响信号的。本设计将超声波模块的ＴＲＩＧ引脚与单片机Ｐ０—２引脚连接，将ＥＣＨＯ引脚与单片机Ｐ０－ｌ连接。开机后单片机Ｐ０—１只需要提供一个１０ｕｓ以上脉冲触发信号，与单片机Ｐｏ一２连接的ＴＲＩＧ探头在每８００ｍｓ发射一组（８个）４０ｋＨｚ周期超声波脉冲并检测回波。若在该时间段内位检测到回波，则重新发射；若ＴＲＩＧ探头当在８００ｍｓ内检测到回波时，ＥＣＨＯ立即输出高电平回响信号；同时单片机开始计时，直到高电平结束，停止计时。高电平的长短与距离的远近成正比，由单片机内部定时器测出时间ｒ，再根据公式Ｓ＝ＶＴ／２可计算出距离，超声波时序图见图３。１．２．２温度补偿单元众所周知，声波的传播速度与空气密度有关，而空气密度又与温度紧密相连。为了提高测量精确度，减小误差，本设计中添加了温度补偿模块，温度传感器选用了单总线数字式温度传感器ＤＳｌ８８２０。波速与温度关系表见表１。算出水位高度。超声波在空气中一般可以实现有效传播，只要外部的环境不是特别的恶劣，所受的干扰并不是［收稿日期］２０１３—１ｌ—１８［作者简介］刘威（１９８６一），男，...