基于超聲波的液位測(cè)距儀設(shè)計(jì)

課程名稱(chēng)：智能系統(tǒng)與工程

課程性質(zhì)：智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)必修課

主講人：許曉飛

自動(dòng)化學(xué)院

智能科學(xué)與技術(shù)系

2010年11月一、設(shè)計(jì)思想

在針對(duì)學(xué)校設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱要求和智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，結(jié)合專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)《智能系統(tǒng)與工程》教學(xué)任務(wù)，教師精心設(shè)計(jì)“基于超聲波的液位測(cè)距儀設(shè)計(jì)”，教學(xué)過(guò)程中注重引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的參與設(shè)計(jì)動(dòng)手能力，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)管力度，在考核方式上鼓勵(lì)學(xué)生深入鉆研創(chuàng)新。超聲波液位計(jì)工作原理

二、本設(shè)計(jì)型方案的產(chǎn)生流程針對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)對(duì)前沿技術(shù)的基本要求，結(jié)合課程培養(yǎng)計(jì)劃教師提前開(kāi)課兩年，主動(dòng)調(diào)研學(xué)習(xí)，找出能借鑒可操作性強(qiáng)相關(guān)科技論文、博士碩士論文等資料加以實(shí)踐論證。結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，提前一年作畢業(yè)設(shè)計(jì)，與學(xué)生交流反饋，把實(shí)驗(yàn)的最低要求和創(chuàng)新空間具體化和針對(duì)學(xué)習(xí)被動(dòng)的學(xué)生“傻瓜化流程和代碼可讀性”，形成成熟的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。引導(dǎo)同屆學(xué)生中的優(yōu)秀同學(xué)先行了解實(shí)驗(yàn)基本要求，每一步都有提前反饋不可預(yù)料調(diào)試問(wèn)題的解決，進(jìn)一步充實(shí)教師的智能指導(dǎo)，即教師大腦里有實(shí)驗(yàn)充足的故障診斷系統(tǒng)。制作全程實(shí)時(shí)調(diào)試的關(guān)鍵技術(shù)的視頻文件，播放給大家看看設(shè)計(jì)概述圖1

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖DRLAB

實(shí)驗(yàn)臺(tái)

演示

實(shí)驗(yàn)

整體

效果

圖演示實(shí)驗(yàn)練習(xí)程序框圖：系統(tǒng)硬件的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)硬件分解成如下模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)測(cè)試先焊接出單片機(jī)最小外圍電路，包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)芯片+測(cè)試發(fā)光二極管（p1.0~p1.4，加個(gè)開(kāi)關(guān)）+電源模塊（指示燈和開(kāi)關(guān)），如圖所示：軟件編寫(xiě)如下：顯示模塊:

LED或液晶超聲波的收發(fā)模塊:

LED或液晶深入研究的問(wèn)題與方法問(wèn)題1：溫度補(bǔ)償解決方法:本系統(tǒng)溫度補(bǔ)償采用DS18B20數(shù)字溫度計(jì)，不需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過(guò)軟件編譯，直接將溫度輸出到單片機(jī)上。同時(shí)單片機(jī)計(jì)算當(dāng)前溫度的聲速，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。問(wèn)題2：測(cè)量盲區(qū)的研究

解決方法：發(fā)射信號(hào)結(jié)束時(shí)，信號(hào)存在衰減震蕩，通常叫做“拖尾”。“拖尾”與發(fā)射功率和介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。一般在1ms-2.5ms之間，在這段時(shí)間內(nèi)，“拖尾”與回波信號(hào)無(wú)法區(qū)分，這段時(shí)間的長(zhǎng)短決定了盲區(qū)的大小。單探頭可以使不用考慮角度誤差，但是余震信號(hào)較大，盲區(qū)較大。本設(shè)計(jì)采用的是雙探頭。發(fā)射電路的上拉電阻R10、R11可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。支架的高度的設(shè)置要遠(yuǎn)高于盲區(qū)，這樣有助于減小誤差，也利于在實(shí)際測(cè)量中回避盲區(qū)。深入研究的問(wèn)題與方法問(wèn)題3:本設(shè)計(jì)并沒(méi)有將驅(qū)動(dòng)電壓放大到20V，致使超聲波發(fā)射的超聲波的強(qiáng)度不高，因此測(cè)量距離也受到了一定的限制;忽略了超聲波接收與發(fā)射兩個(gè)換能器和液面之間的夾角。在受空間的限制的場(chǎng)合應(yīng)用性不強(qiáng)。方法:研究智能算法,包括機(jī)器學(xué)習(xí)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等成功應(yīng)用，提高該系統(tǒng)的精度。深入研究的問(wèn)題與方法超聲波液位計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案的可行性及特色

1）針對(duì)專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)《智能系統(tǒng)與工程》的教學(xué)任務(wù)、教學(xué)重點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備特點(diǎn)，設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)與課程理論教學(xué)內(nèi)容的緊密結(jié)合，尤其是超聲波檢測(cè)用于工業(yè)不接觸式測(cè)量，以及機(jī)器人等智能設(shè)備的自動(dòng)避障系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)涉及到技術(shù)知識(shí)與技能是智能檢測(cè)技術(shù)的前沿基礎(chǔ)；2）學(xué)生通過(guò)教師引導(dǎo)和鼓勵(lì)，克服心理弱勢(shì)，按照教師自編口訣、“傻瓜流程入門(mén)手冊(cè)”、查錯(cuò)技巧和調(diào)試診斷經(jīng)驗(yàn)庫(kù)，尤其是匯總調(diào)試寶貴經(jīng)驗(yàn)，制作實(shí)錄的全程設(shè)計(jì)編譯視頻文件清晰，可供學(xué)習(xí)的同學(xué)反復(fù)播放觀(guān)摩,促使基礎(chǔ)薄弱的同學(xué)敢于動(dòng)手；3）學(xué)生得出了自己的結(jié)論，設(shè)計(jì)出理論課堂上的推理結(jié)論，培養(yǎng)提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和對(duì)理論設(shè)計(jì)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)；4）同時(shí)設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格把握課堂進(jìn)程和時(shí)間安排，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排按照系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流輸入到輸出邏輯通道，重點(diǎn)突出；5）在該設(shè)計(jì)型實(shí)