此时，3个传感器位于同一水平直线上），可以通过多个超声波传感器的协调配合来准确 得知液位的真实高度。超声波传感器2位于容器顶部的中间位置。
[0114] 从图6可以得到AB和BC的计算公式，为了简化计算，本实施例令h3= h，x x2。 则AB和BC的具体计算公式如下：
[0115] AB = AH+BH = (x X tan a ) /2+h~h2,
[0116] BC = BG+GC = x/2+cot a X (h_h2)。
[0117] 假设倾斜液体放置成水平状态时距离底端的高度为H，容器的宽度为c，那么会 有：
[0118] HXxXc = BCXcXAB/2
[0119]故有：
[0120] H = BCXAB/2x
[0121] = [1/4+Xi (h~h2) / (2x^2^!))] X [x (^-h^/2x1+h-h2]
[0122] 由此可以得到左倾斜情况下液位的真实高度H，右倾斜情况下液位的真实高度H 也可以采用类似的方法进行计算。
[0123] 实施例三
[0124] 参照图7和8，本发明的第三实施例：
[0125] 本发明可以实现液位的动态测量，当液体倾斜情况为如图8所示的前倾斜情况 时，可以通过多个超声波传感器的协调配合来准确得知液位的真实高度。超声波传感器2 位于容器顶部的中间位置。
[0126] 从图7和8可以得到AB和BC的计算公式，为了简化计算，本实施例令h3= h:，Xi =x2=x3,x3为相邻两个超声波传感器间的垂直距离，如图8所示。类比实施例二的计算 过程有：
[0127] AB=(yXtana)/2+h_h2，
[0128] BC=y/2+cotaX(h_h2)。
[0129] 假设倾斜液体放置成水平状态时距离底端的高度为H，容器的长度为x，容器的宽 度为y，那么会有：
[0130] HXyXx=BCXxXAB/2
[0131] 故有：
[0132] H=BCXAB/2y
[0133] 由此可以得到前倾斜情况下液位的真实高度H，后倾斜情况下液位的真实高度H 也可以采用类似的方法进行计算。
[0134] 液位高度变化的速度由液位高度H的变化值与时间值相除而求解得出，具体公式 为：
[0135] v=AH/t〇
[0136] 与现有技术相比，本发明通过多个超声波传感器协同工作的方式实现动态液位测 量，利用Processing软件编程构造图形显示与控制界面，方便远端的监控；同时还可以通 过语音播报液位值，并利用Xbee模块进行数据的无线传输，从而为传感器网络系统的扩展 带来便利。
[0137] 以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施 例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替 换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【主权项】
1. 一种动态液位的无线监控方法，其特征在于：包括： 51、 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； 52、 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； 53、 将计算出的实际液位高度通过甜ee无线方式发送给远程监控终端； 54、 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。2. 根据权利要求1所述的一种动态液位的无线监控方法，其特征在于：所述步骤S1，其 包括： 511、 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； 512、 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。3. 根据权利要求2所述的一种动态液位的无线监控方法，其特征在于：所述步骤S2,其 包括： 521、 根据采集的距离数据W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：其中，hi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，h3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，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，X2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； 522、 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W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BCW及相应 的水平距离BC的计算公式为：其中，X为容器的长度，h为容器的高度； 523、 根据倾斜液面距离容器底端的竖直距离ABW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W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： H=BCXAB/(2x) 〇4. 根据权利要求2所述的一种动态液位的无线监控方法，其特征在于：所述步骤S2,其 包括： S21、根据采集的距离数据W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：其中，hi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，h3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，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，X2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； 522、 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W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ABW及相应 的水平距离BC的计算公式为：其中，y为容器的宽度，h为容器的高度； 523、 根据倾斜液面距离容器底端的竖直距离ABW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W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： H=BCXAB/(巧）。5. 根据权利要求3或4所述的一种动态液位的无线监控方法，其特征在于：所述步骤 S2还包括根据实际液位高度的变化值W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： V=AH/t， 其中，AH为实际液位高度的变化值，t为变化时间。6. 根据权利要求1-4任一项所述的一种动态液位的无线监控方法，其特征在于：所述 步骤S1还包括采用溫度传感器采集容器内部溫度数据，W对声速进行补偿的步骤。7. -种动态液位的无线监控系统，其特征在于包括： 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； 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； 甜ee无线通信模块，用于将计算出的实际液位高度通过甜ee无线方式发送给远程监 巧终端. 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； 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甜ee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。8. 根据权利要求7所述的一种动态液位的无线监控系统，其特征在于：所述前端数据 采集模块由多个肥-SR04超声波测距传感器组成。9. 根据权利要求7所述的一种动态液位的无线监控系统，其特征在于：所述前端处理 模块的输出端还连接有TFT-LCD显示模块和前端语音播报模块。10. 根据权利要求9所述的一种动态液位的无线监控系统，其特征在于：所述前端处理 模块为STM32F103系列微处理器，所述甜ee无线通信模块为甜ee-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。
【专利摘要】本发明公开了一种动态液位的无线监控方法与系统，方法包括：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；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；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；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。本发明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；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；可以为用户直观呈现测量结果，更加直观。本发明可广泛应用于液位测量领域。
【IPC分类】G01F23/296
【公开号】CN105004402
【申请号】CN201510296217
【发明人】周国富, 仇广东, 罗智杰
【申请人】华南师范大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月2日