高精度超声波液位测量系统的设计与实现

• 作 者: 卢伟
• 发表日期: 2012年01期
• 关键词: 液位测量 电磁兼容 MSP430 Ansoft Designer 超声波

液位测量系统广泛应用于化工、石油等行业。随着工业自动化的快速发展，工业现场对液位测量的精度和反应速度的要求也日趋增加，实现智能化、实时准确、无接触的测量是当前液位测量技术的发展趋势。非接触式的超声波液位测量系统，有着更强的适应性和优越性。通过对现有测量技术的比较和工业现场使用液位测量系统实际情况的分析，本课题设计了一种基于MSP430F149单片机的高精度低功耗的超声波液位测量系统。课题实现了系统的整体设计以及系统的PCB电磁兼容仿真和优化，并对后期测量数据进行了分析、处理。实验表明，在环境温度为25C的空旷实验室内，该系统测量范围为20cm～1500cm，测量精确度可达2mm。本系统有更高的精确度，并且有较高的可靠性和实用性，可以更好的满足各种工业现场的需求。本课题设计的主要研究内容包括以下几方面：首先，设计了超声波液位测量系统的硬件电路，主要包括电源模块、4-20mA数据传输模块和超声波数据采集模块。其中，接收模块电路的设计，对系统精确度的提升起到了关键作用；综合考虑使用情况，设计了两种测量数据的传输方式。模块设计完成后，通过设计、生产并制成PCB，然后完成了整个系统的硬件焊接和调试。其次，分析了印制电路板的电磁兼容性相关原理，并使用Ansoft Designer软件对超声波液位测量系统的PCB板做了电磁兼容性的相关仿真和分析，然后通过仿真结果的分析，对系统PCB布局、布线进行优化。最后，进行了实验室条件下的大量测量，并对测试结果进行了分析。然后对影响本系统测量精度的因素和干扰进行了分析并给出了相应的改进方案，并分析了限幅滤波、消抖滤波和递推平均滤波相结合的数字滤波算法。