基于超声波传感器的水箱水位控制.pdfVIP

计算机控制技术课程设计 评语： 考勤 10 分 守纪 10 分 过程 30 分 设计报告 30 分 答辩 20 分 总成绩 (100 分 ) 自动化与电气工程学院 计算机控制技术课程设计报告 基于超声波传感器的水箱水位控制系统 1 课程设计目的 超声波技术是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为基础的、各行各业 都可使用的通用技术之一。超声波技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物 理过程完成的。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安全和设备安 全运作，降低生产成本，提高生产效率特别具有潜在能力。因此，我国对超声波 的研究特别活跃。 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一 , 从宇宙开发到海底探 秘 , 从生产的过程控制到现代文明生活 , 几乎每一项技术都离不开传感器。液位控 制在多个领域都有使用，所以实现其自动化检测具有非常重要的意义。通过压力 传感器实现液位控制系统，具有体积小，实际应用系统简单实用，成本低，效益 好；具有较高的性能价格比；系统不易受到干扰，可靠性高等优势。 该课程设计是通过相关超声波硬件组合调试实现对液位高度的控制， 通过一系 列的放大比较将模拟信号转化为数字化的信号，然后通过对数字信号的各种处理 实现类比，将液位高度的变化通过数字信号的不同反映出来，显示结果，实现对 液位高度的实时监控。 图 1 设计原理图 2 设计方案及原理 超声波测距的方法本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器 发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量水箱水位后反射回来，经 1 计算机控制技术课程设计报告 反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声 波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。 图 2 设计原理图 传感器的位置距离水箱顶部 20cm，水箱高度为 100cm。 假定 s 为被测物体到测距仪之间的距离， 测得的时间为 t ／s，超声波传播速度 为 v ／m ·s－1 表示，则有关系式 (2-1) s=vt ／2 (2-1) 在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，温度的 变化会变成扰动，按式 (2-2)对超声波传播速度加以修正，以减小误差。 v=331．4+0．607T (2-2) 式中， T 为实际温度单位为℃， v 为超声波在介质中的传播速度单位为 m ／s。 表 2-7 声速与温度的关系表 温度（摄氏度） －30 －20 －10 0 10 20 30 100 声速（米／秒） 313 319 325 323 338 344 349 386 在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速 c 是基本不变的，计算时取 c 为 340m/s。如果测距精度要求很高，则可通过改变硬件电路增加温度补偿电路的 方法或者在硬件电路基本不变的情况下通过软件改进算法的方法来加以校正，我 做的 PID 控制中不断修改算法，在扰动中的不断控制，模拟了温度对于超声波传 感器的影响和对液位计算的影响，在实际测量时利用单片机的计时功能实现距离 的测量。