一种新型的超声波料位计

　　一、概述

　　在水泥、矿山及粮食等行业，大型料仓料位的检测，对于生产的管理、调度是非常重要的。目前较多使用的红外式或射线式料位计，不能连续测量并显示料位;而重锤式或电容式料位计，由于探头接触物料，所以容易损坏。

　　本文介绍一种利用超声回波方法测量料位的智能仪器。以不接触物料的超声波探头，不断发射脉冲波，经料面反射后又到达探头，测出其在空中的传播时间T，由下式即可算出探头到料面的距离:L二VXT/2(l)，V是超声波在空中的传播速度。本料位计采用在智能仪表领域较为流行的MCS一51单片机为核心，四位LED显示，由4火4小键盘操作。可进行温度补偿，测量精度小于0.05m，测量范围可达40m。而且由于单片机的剩余资源较多，可以根据不同厂家的要求，附加多路控制。

　　二、料位计硬件电路

　　本料位计硬件分为:主板、发射板、接收板、显示板及电源板。

　　1.主板。采用MCS一51系列的8032为CPU，32K程序存贮器，32K数据存贮器，键盘显示接口电路，程序监控(WATCHDOG)电路和RS一232串行通讯接口。其中以8032内部的定时器2为工作定时器。此定时器有一“捕捉”工作方式，即在设定方式字并启动计时后，在Pll管脚有负跳变时，定时器会自动将此时刻的计数值装人陷阱寄存器TZCAP中。这样，就可以算出时间间隔了。另外，主板中还有一有特色的程序监控电路，俗称“看家狗”电路，如图1。4060为一分频计数器，适当选择R、C值，使其每隔固定时间溢出，发出一脉冲，此脉冲，能触发单稳触发器74LS123，123使8032复位，而在主程序中，每隔一更短时间就发出一清零信号，清零4060。这样，在程序正常运行时，4060永远不会溢出，而一旦程序受干扰，“飞”出主循环，则会在4060溢出时自动复位。

　　2.发射板。当收到来自主板的发射信号，可控制探头(超声波换能器)发射Zms的超声波。输出电压峰一峰值可达10OV以上，频率可调，可以根据探头的谐振频率而调定。频率调节由74LS124压控振荡器完成，最后一级功率放大采用VMOS管，使得信号足够强，恻距范围达到40m。

　　3.接收板。可以说是回波信号调理板，分为带通滤波器、检波电路、低通滤波器和一时间一增益控制电路。超声波信号和各种噪声波通过探头进人接收板，经带通滤波器后，选出超声波信号;经检波，截去正或负半波;又经低通滤波器，取出其波形包络;再经放大，得出实际回波波形，此波形与一适当阂值电压比较，超过此闭值，则认为是料面反射信号，比较器输出一方波至主板，关闭定时器。