一种动态液位的无线监控方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动化控制与电子通信领域，尤其是一种动态液位的无线监控方法与 系统。
【背景技术】
[0002] 液位测量广泛应用于自动化，化工、石油、污水监测等领域。实现无接触、智能化测 量是液位计目前的发展方向。随着工业的发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用 和研究，近年来液位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。在众多液 位测量方法及测量系统中，有着非接触式特性的超声波液位测量系统，逐渐成为液位测量 的主流。
[0003] 随着电子信息技术的快速发展，超声波液位测量系统向着智能化、一体化的方向 发展，但传统的超声波液位测量系统存在着以下缺陷：
[0004] (1)大多数仅适用于静态液位，无法适用于液面动态倾斜的情况，适用范围较小；
[0005] (2)测量系统中的传感器网络系统不能进行自组网，扩展起来不够方便和快捷；
[0006] (3)远端的监控界面大多缺少图形化监控界面，难以为用户直观呈现测量结果，不 够直观。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种适用范围广、扩展方便和直观 的，动态液位的无线监控方法。
[0008] 本发明的另一目的是：提供一种适用范围广、扩展方便和直观的，动态液位的无线 监控系统。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0010] -种动态液位的无线监控方法，包括：
[0011] S1、采用多个超声波传感器协同的方式采集动态液位测量所需的距离数据；
[0012]S2、根据采集的距离数据采用改进的距离差-倾斜度算法对液位高度进行计算， 从而得到实际液位高度；
[0013]S3、将计算出的实际液位高度通过Xbee无线方式发送给远程监控终端；
[0014]S4、远程监控终端对接收的实际液位高度进行图形界面显示和语音播报，从而对 动态液位进行远程监控。
[0015] 进一步，所述步骤S1，其包括：
[0016]S11、将3个超声波传感器安装在容器顶部，其中，1个超声波传感器安装在容器顶 部的中间位置，其余2个超声波传感器分别安装在容器顶部中间位置的左右两侧或前后两 侧；
[0017]S12、分别测量3个超声波传感器与倾斜液面间的竖直距离，从而得到采集的距离 数据。
[0018] 进一步，所述步骤S2,其包括：
[0019]S21、根据采集的距离数据以及超声波传感器间的距离计算倾斜液面的倾斜角度， 所述倾斜液面的倾斜角度a的计算公式为：
[0020]
[0021] 其中，匕为容器顶部中间位置左侧的超声波传感器与倾斜液面间的竖直距离，h2 为容器顶部中间位置的超声波传感器与倾斜液面间的竖直距离，匕为容器顶部中间位置右 侧的超声波传感器与倾斜液面间的竖直距离， Xl为容器顶部中间位置左侧的超声波传感器 距离容器顶部中间位置的水平距离，^为容器顶部中间位置右侧的超声波传感器距离容器 顶部中间位置的水平距离；
[0022] S22、根据容器的长度、高度、计算的倾斜角度和采集的数据计算倾斜液面距离容 器底端的竖直距离以及相应的水平距离，所述倾斜液面距离容器底端的竖直距离BC以及 相应的水平距离BC的计算公式为：
[0023]
[0024] 其中，x为容器的长度，h为容器的高度；
[0025]S23、根据倾斜液面距离容器底端的竖直距离AB以及相应的水平距离BC计算倾斜 液面放置成水平状态时的液位高度，并以倾斜液面放置成水平状态时的液位高度为实际液 位高度，所述倾斜液面放置成水平状态时的液位高度H的计算公式为：
[0026]H=BCXAB/(2x)〇
[0027] 进一步，所述步骤S2,其包括：
[0028]S21、根据采集的距离数据以及超声波传感器间的距离计算倾斜液面的倾斜角度， 所述倾斜液面的倾斜角度a的计算公式为：
[0029]
[0030] 其中，匕为容器顶部中间位置前侧的超声波传感器与倾斜液面间的竖直距离，h2 为容器顶部中间位置的超声波传感器与倾斜液面间的竖直距离，匕为容器顶部中间位置后 侧的超声波传感器与倾斜液面间的竖直距离， Xl为容器顶部中间位置前侧的超声波传感器 距离容器顶部中间位置的垂直距离，^为容器顶部中间位置后侧的超声波传感器距离容器 顶部中间位置的垂直距离；
[0031]S22、根据容器的宽度、高度、计算的倾斜角度和采集的数据计算倾斜液面距离容 器底端的竖直距离以及相应的水平距离，所述倾斜液面距离容器底端的竖直距离AB以及 相应的水平距离BC的计算公式为：
[0032]
[0033] 其中，y为容器的宽度，h为容器的高度；
[0034]S23、根据倾斜液面距离容器底端的竖直距离AB以及相应的水平距离BC计算倾斜 液面放置成水平状态时的液位高度，并以倾斜液面放置成水平状态时的液位高度为实际液 位高度，所述倾斜液面放置成水平状态时的液位高度H的计算公式为：
[0035]H=BCXAB/(2y) 〇
[0036] 进一步，所述步骤S2还包括根据实际液位高度的变化值以及相应的变化时间计 算实际液位高度变化的速度步骤，所述实际液位高度变化的速度v的计算公式为：
[0037]v=AH/1,
[0038] 其中，AH为实际液位高度的变化值，t为变化时间。
[0039] 进一步，所述步骤S1还包括采用温度传感器采集容器内部温度数据，以对声速进 行补偿的步骤。
[0040] 本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：
[0041] 一种动态液位的无线监控系统，包括：
[0042] 前端数据采集模块，用于采用多个超声波传感器协同的方式采集动态液位测量所 需的距离数据；
[0043] 前端处理模块，用于根据采集的距离数据采用改进的距离差-倾斜度算法对液位 高度进行计算，从而得到实际液位高度；
[0044] Xbee无线通信模块，用于将计算出的实际液位高度通过Xbee无线方式发送给远 程监控终端；
[0045] 远程显示和语音播报模块，用于远程监控终端对接收的实际液位高度进行图形界 面显示和语音播报，从而对动态液位进行远程监控；
[0046] 所述前端数据采集模块的输出端依次通过前端处理模块和Xbee无线通信模块进 而与远程显示和语音播报模块的输入端连接。
[0047] 进一步，所述前端数据采集模块由多个HC-SR04超声波测距传感器组成。
[0048] 进一步，所述前端处理模块的输出端还连接有TFT-IXD显示模块和前端语音播报 模块。
[0049] 进一步，所述前端处理模块为STM32F103系列微处理器。
[0050] 进一步，所述前端处理模块为STM32F103系列微处理器，所述Xbee无线通信模块 为Xbee_S2无线通信模块，所述远程显示和语音播报模块设置在PC机上，所述前端语音播 报模块的输入端与STM32F103系列微处理器的输出端连接。
[0051] 本发明方法的有益效果是：采用多个超声波传感器协同的方式和改进的距离 差-倾斜度算法来实现动态液位测量，可以精确测量在液面倾斜情况下的实际液位高度， 适用范围更广；将计算出的实际液位高度通过Xbee无线方式发送给远程监控终端，利用了 Xbee通信的自组网特点，方便了传感器网络系统的扩展；远程监控终端对接收的实际液位 高度进行图形界面显示和语音播报，可以为用户直观呈现测量结果，更加直观。进一步，可 以计算出实际液位高度变化的速度，更加方便。
[0052] 本发明系统的有益效果是：前端数据采集模块以及前端处理模块采用多个超声波 传感器协同的方式和改进的距离差-倾斜度算法来实现动态液位测量，可以精确测量在液 面倾斜情况下的实际液位高度，适用范围更广；Xbee无线通信模块将计算出的实际液位高 度通过Xbee无线方式发送给远程监控终端，利用了Xbee模块的自组网特点，方便了传感器 网络系统的扩展；远程显示和语音播报模块对接收的实际液位高度进行图形界面显示和语 音播报，可以为用户直观呈现测量结果，更加直观。
【附图说明】
[0053] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0054] 图1为本发明一种动态液位的无线监控方法的整体流程图；
[0055] 图2为本发明步骤S1的流程图；
[0056] 图3为本发明步骤S2的一种流程图；
[0057] 图4为本发明步骤S2的另一种流程图；
[0058] 图5为本发明一种动态液位的无线监控系统的整体框架图；
[0059] 图6为液体左倾斜情况下的液位高度测量示意图；
[0060] 图7为容器顶部的俯视图
[0061] 图8为液体前倾斜情况下的液位高度测量侧视图。
[0062] 附图标记：1、2和3.超声波传感器；4.倾斜液体。
【具体实施方式】
[0063] 参照图1，一种