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超声波传感器污水流量计的设计
更新时间:2019-5-13 10:35:07 浏览:189 关闭窗口 打印此页
[导读] 绍了一种明渠污水流量计的设计。采用超声波传感器,利用单片机进行数据采集与处理,并提出了抑制干扰的方法。
 
      1 明渠污水流量测量的基本方法
 
      工业污水一般经明渠排放,其流量测量的一般方法是在污水排放口安装特殊结构的测量槽,通过测量槽的液位即可计算出瞬时流量,进而算出累计流量。可见明渠流量测量的关键是液位的测量。以常见的巴歇尔槽为例,其流量的计算公式如下:
 
      Q=1.541*H1.53B*10-3/60
 
      Q——瞬时流量(m3/s),H——液位(mm)。
 
      2 超声波传感器的基本特性
 
      常见的液位传感器有磁浮筒式、压力式等,磁浮筒式传感器要安装在被测介质中,长时间使用易被腐蚀,而压力传感器输出线性较差且成本较高。超声波传感器的特点是使用时与液面脱离接触,无腐蚀问题,且价格低廉。超声波传感器由控制卡及换能器构成,如图1。
 
 
 
      其外部特性如图2所示。其工作原理是,每当在“控制信号”端加—正脉冲(宽度0.2ms),控制卡便通过换能器发一束超声波,当超声波遇被测污水反射后又被换能器接收,控制卡便通过“逻辑输出端输出—“返回脉冲。通过计量“控制信号”到“返回脉冲”之间的时间T便可按下式计算出换能器距被测污水表面的距离H,由于安装时换能器固定在污水的上方(高度不变),因此,换能器距污水底部的距离HO(其值已知)减去H即为污水液位H1。
 
 
 
      H=I/(2*v*T)
      Hl=HO- H
 
      其中:v=344m/s 为声波的传播速度,T为声波传输时间。可见,我们可通过单片机测出T,进而算出H1。
 
      3 流量计的工作原理
 
      根据超声波传感器的特性,采用单片机作为整个流量计的控制器,系统的硬件原理图如下:
 
 
 
       图3中,单片机8031、74373和2764组成单片机核心电路,8255为显示电路接口,DS1220为不挥发RAM。用其存储流量可保证断电后流量不丢失。工作时8031每隔一个采样周期先启动定时器T1,然后通过PIO引脚向控制卡发控制信号,换能器发—声波经被测污水反射由换能器接收,控制卡的逻辑输出端输出—脉冲,脉冲信号经过或门进入INTO脚,引起中断请求。在中断服务程序中从定时器中取出定时值,计算出对应的液位。由于传感器在发出声波后,在4MS以内会产生无用的盲区脉冲,所以在PIO向控制卡发控制脉冲的同时,通过P11脚发一个4ms的高电平封锁信号,防止“盲区脉冲”通过或门进入INTO引脚。
 
      由于污水表面有各种漂浮物,会产生“漂浮物干扰”,使液位产生误差,因此在软件设计中必须采用相应抗干扰措施。考虑液位变化慢的特点,在软件设计中采用“限速滤波”。利用8031的定时器TO获得100ms定时基准,再获得3s的采样周期,每隔一个采样周期获得一个采样Hi,每次获得采样值后都对其进宪“限速滤波”。设最近三次采样值分别为H1、H2、H3,本次滤波值为Hn,上次滤波值为Hn- I,则滤波算法如下:
 
      若| H3- Hn- 1 |≤△H,则Hn=H3;
      若| H3- H2 |≤△H,且| H2- H1 |≤△H,则Hn=H3
      否则,Hn=Hn- 1。
 
      其中△H为根据实际情况经实验确定的液位变化值。此算法经实践证明可有效滤除“漂浮物干扰”。8031的定时器TI作为对超声波往返时间的计时器,每个计数值代表2ms。限于篇幅,控制程序就不在此给出。
 
      4 结束语
 
      采用超声波传感器的明渠污水流量计经现场实际运行性能良好,在精度、稳定性等主要技术指标方面均达到设计要求。
 
      参考文献
 
      [1] 李纯朴.明渠流量测量原理[z].北京:水利科学出版社.1980
      [2] 李华.MCS—51系列单片机实用接口技术[z]北京:北京航空航天大学出版杜,1993
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