一种基于红外线和超声波传感器的液面监测系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于红外线和超声波传感器的液面监测系统，属于液面检测装置领域。

背景技术：

近几年，液面自动检测装置逐渐进入大众视野，发展势头迅速。目前不同种类的液面检测解决方案已经被广泛利用于各个领域，成为国家重点发展的行业之一。由于液面检测装置精度高，反应速度快，适用范围很广，便于远程监控，在油面监控、井内液面检测等方面有极大优势，工业用液面检测装置正在飞速发展，同时民用液面检测系统市场正在逐渐形成中。

液面自动检测装置的高度测量、液面种类区分、液面分层检测不论在大型工业用的油面检测还是民用的小型液面检测仪中都非常重要。要准确得知机器油箱内的液面高度，首先要选择高精确度的传感器，同时运用高效率的算法来判别各种特殊情况。传统的液面高度测量技术不够成熟，也无法应对多种液体组成的复杂液面。同时，考虑到应用的范围以及普及的程度，液面自动监测装置如何做到高精度，低成本成为了一个关键的问题。

随着国内硬件芯片技术这些年来不断的发展，各类传感器的测量效率与精度也不断上升。通过超声波进行液面高度测量，再根据算法进行滤波除噪和补偿，成为一种可行的方式。

技术实现要素：

本实用新型提供一种基于红外线和超声波传感器的液面监测系统，不仅高效率，高实时性，而且低能耗，低成本。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于红外线和超声波传感器的液面监测系统，所述液面监测系统包括油池、超声波收发装置、红外对管、温度传感器、控制装置和稳压电源，其中，超声波收发装置布设在油池正上方，用于测量油池内润滑油体积，温度传感器安装在油池内壁一侧，用于检测油池内润滑油温度，红外对管分别等高安装在油池两侧内壁上，且均置于温度传感器上方，其用于判断油池内润滑油油面的高度；所述的控制装置分别与红外对管、温度传感器相连接，稳压电源为控制装置提供直流电源；

作为本实用新型的进一步优选，所述的控制装置包括STM32F407核心处理板、电容触摸屏，STM32F407核心处理板用于控制信号接收与发送，电容触摸屏用于显示实时数据；

作为本实用新型的进一步优选，所述的超声波收发装置为超声波传感器，其发射头和接收头均竖直向下设置，发射头向油池内间隔发射一个40 kHz的方波，接收头接收油池内润滑油反射的回波；

作为本实用新型的进一步优选，所述的液面监测系统还包括通过MAX232和TL074运算放大器连接集成的信号放大电路，用于放大超声波传感器的发射与接收的电信号；

作为本实用新型的进一步优选，所述的温度传感器为lm35模拟温度传感器。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型采用超声波收发装置来测量油池内润滑油的液面到油箱顶部的距离，可使测量的高度值较为稳定，数据测量速度快，大大缩短了处理时间；由红外对管来检测液面分层，可以判断出此时油池内润滑油油面的高度，以此可以使系统对润滑油面是否达到预期值进行判断。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的优选实施例的系统连接图；

图中：1为超声波传感器，2为红外对管，3为温度传感器，4为STM32F407核心处理板，5为电容触摸屏，6为稳压电源，7为油池。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型的一种基于红外线和超声波传感器的液面监测系统，所述液面监测系统包括油池、超声波收发装置、红外对管、温度传感器、控制装置和稳压电源，其中，超声波收发装置布设在油池正上方，用于测量油池内润滑油体积，温度传感器安装在油池内壁一侧，用于检测油池内润滑油温度，红外对管分别等高安装在油池两侧内壁上，且均置于温度传感器上方，其用于判断油池内润滑油油面的高度；所述的控制装置分别与红外对管、温度传感器相连接，稳压电源为控制装置提供直流电源；

作为本实用新型的进一步优选，所述的控制装置包括STM32F407核心处理板、电容触摸屏，STM32F407核心处理板用于控制信号接收与发送，电容触摸屏用于显示实时数据；

作为本实用新型的进一步优选，所述的超声波收发装置为超声波传感器，其发射头和接收头均竖直向下设置，发射头向油池内间隔发射一个40 kHz的方波，接收头接收油池内润滑油反射的回波；

作为本实用新型的进一步优选，所述的液面监测系统还包括通过MAX232和TL074运算放大器连接集成的信号放大电路，用于放大超声波传感器的发射与接收的电信号；MAX232芯片是标准串口设计的单电源电平转换芯片，特别适合电池供电系统；TL074为一种单片集成电路中配有高电压双晶体管的输入运算放大器。

作为本实用新型的进一步优选，所述的温度传感器为lm35模拟温度传感器。

实际操作过程中的步骤为：超声波传感器的发射头向油池内间隔发射一个40 kHz的方波，接收头接收油池内润滑油反射的回波，同时测量出发射到接收的时间由于超声波装置功耗低稳定性好，可使测量的高度值较为稳定，数据测量速度也相当快，测量返回一个模拟信号，经过STM32F407核心处理板ADC转换存入数据存储器并进行运算，大大缩短了液面高度计算的处理时间，并且提高了控制系统的运行效率，根据超声波传感器所测得的数据x，即油池内润滑油液面到油池顶部的距离，和油池内部本身的高度h，可以计算出液面实际高度H = h - x；然后对连续50次计算得到的H值进行软件滤波处理，从而得到稳定的液面高度值，用STM32F407核心处理板控制电容触摸屏对其进行实时显示；

由于红外对管发射的红外线可以穿过水面，但无法穿过油层，所以当油面淹没红外对管的高度时，红外对管的接受管就无法接收到发射端发射的红外线，从而判断出此时油面高度达到了预期值。相反，如果油面没有达到预期值，红外对管就可以顺利接收发射的红外线。根据此原理可以使系统对油面是否达到预期值进行判断，根据红外对管接收返回的信号来判断油面是否到达预期值，如果到达预期值则利用STM32F407核心处理板在电容触摸屏上显示绿色图标，否则显示红色图标；

根据温度传感器传输回来的温度模拟量，通过STM32F407核心处理板自带的ADC转换模块进行转换，并利用修正公式计算，得到真实的液体温度值；

利用STM32F407核心处理板自带的RTC实时时钟模块，在电容触摸屏上显示时间，此实时时钟模块可用BKP备用电源模块供电，断电后也会不断更新时间，使用十分方便；

利用STM32F407核心处理板的ADC模块测量电池电压，若是电压低于限定值，则通过蜂鸣器模块进行报警。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。