基于stm32和ucos3的船上水位探测装置分析.docx

基于stm32和ucos3的 船上水位探测装置 一：可行性分析 船在行驶中需要实时显示船体水位，以便航行需要。而stm32具有功能多，价格优，ucos3具有轻量，实时性高的特点。所以选用stm32和ucos3作为船上水位监测的硬件和平台。实时多任务操作系统uCOS-III的特点： uCOS-III是一个全新的实时内核，源于世界上最流行的实时内核uC/OS-II，除了提供熟悉的一系列系统服务，全面修订了API接口，使uC/OS-III更直观，更容易使用。该产品可以广泛应用于通信，工业控制，仪器仪表，汽车电子，消费电子，办公自动化设备等的设计开发。 1.对液位报警装置的选型 三种类型装置的比较?： ①浮子式：属早期产品，主要是结构与维修相对简单，成本低。该类型装置基本上属于机械式的，测量与控制合为一体，在加装时就其位置的选择而言有一定的局限性；该装置只能在达到设???液位时报警，却不方便观察平时的液位情况；在接近设定液位时，浮子容易受到液面波涌的干扰，出现误报警，且测量亦不精确，等等。? ②测距式：测量准确，容易控制，性能稳定，不仅能对设定的液位报警，还能监视平时液位的变化情况，成本适中。因为超声探头要装在被测液面之上，其加装仍有一定的局限，但较浮子式的要好些；通过调节显示控制装置的延时与报警回差值能够剥弱液面波涌对测量的干扰。? ③传感式：测量准确，容易控制，性能稳定，不仅能对设定的液位报警，还能监视平时液位的变化情况，成本适中；由于压力探头和变送器之间用软性的导气缆连接，方便了安装，降低了该装置在安装上的局限性；因为压力探头是放在液体的底部，液面的波涌对其的干扰本来就小，加之通过显示控制装置的延时与报警回差值的调节，基本上能够消除液面波涌产生的测量干扰。 2、选型及基于的考虑? 通过上述比较，我们选用测距式舱底水液位报警装置主要是基于以下两点考虑：? ①装置的性能：性能稳定，我们选的这款装置关键部件都是进口元件；参数设定后，断电后可保存20年；宽电压（85~260VAC）；温度漂移小（±0.2%/10℃）；测量准确，适合船舶使用。抗干扰能力强，特别是消除液面波涌产生的干扰尤为突出。显示直观，舱底水的液位高度以数字显示在显示控制装置上，方便了工作人员对舱底水的监视和处理。操作简单，参数一经设定就不需其它操作了，至多开关一下电源而已；如需调整参数，按照说明书进行调整亦很简单。不失为一款性价比较好的设备。? ②船舶的要求：船舶舱室的空间很有限。在加装其它设备时，应考虑到：新设备加装后对原设备功能、操作产生的影响。在实现新加装设备功能的同时，还应以：不移动、或少移动原有的设备，不影响、或少影响原有设备的操作和作用为原则。我们所选的这款液位报警装置就相对好的解决了这个问题，因为它几乎不需要特定的安装位置。??二：实现功能 由stm32硬件实时监控水位，数据由超声波传感器测量而得，并将显示结果传输至上位机。当水位高于或低于预定值时，拉响警报，实现避险和预报功能。 三：功能原理 超声波测量液位的基本原理是：由超声探头发出的超声 HYPERLINK /view/717471.htm \t _blank 脉冲信号，在气体中传播，遇到空气与液体的界面后被反射，接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间，即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点：（1）无任何机械传动部件，也不接触被测液体，属于非接触式测量，不怕电磁干扰，不怕酸碱等强腐蚀性液体等，因此性能稳定、可靠性高、寿命长；（2）其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。 系统采用的超声波传感器的工作频率为40kHz左右。由发射传感器发出超声波脉冲，传到液面经反射后返回接收传感器，测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间，根据媒质中的声速，就能得到从传感器到液面之间的距离，从而确定液面。考虑到环境温度对超声波传播速度的影响，通过温度补偿的方法对传播速度予以校正，以提高测量精度。计算公式为： V=331.5+0.607T （1） 式中：V为超声波在空气中传播速度；T为环境温度。 S=V ×t/2=V×（t1－t0）/2 （2） 式中：S为被测距离；t为发射超声脉冲与接收其回波的 HYPERLINK /view/208622.htm \t _blank 时间差；t1为超声回波接收时刻；t0为超声脉冲发射时刻。利用MCU的捕获功能可以很方便地测量t0时刻和t1时刻，根据以上公式，用软件编程即可得到被测距离S。由于本系统的MCU选用了具有SOC特点的混合信号处理器，其内部集成了 HYPERLINK /view/66411.htm \t _blank 温度传感器，因此可利用