一种超声波液位计的液位检测系统及方法与流程

本发明涉及液位检测，具体而言，涉及一种超声波液位计的液位检测系统及方法。

背景技术：

1、超声波液位计是由微处理器控制的数字液位仪表。在测量中超声波液位计的传感器发出超声波脉冲，声波经液体表面反射后被同一传感器接收，通过压电晶体转换成电信号，并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测液体表面的距离。由于采用非接触的测量，被测介质几乎不受限制，可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。

2、目前的超声波液位计以固定的发波强度发射脉冲信号，固定的发波强度在距离较近时容易产生虚假回波，在距离较大时又容易因为回波过小而无法正确提取。

技术实现思路

1、为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供一种超声波液位计的液位检测系统及方法，通过以不同的发波强度发射脉冲信号，可以有效避免无效的反射波对测量的影响，提高测量的准确性。

2、本发明的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种超声波液位计的液位检测系统，包括：

4、发波控制模块、放大模块、带通滤波模块、均值检波模块以及微控制模块；

5、上述发波控制模块和上述放大模块连接，上述放大模块还和上述带通滤波模块连接，上述带通滤波模块还和上述均值检波模块连接，上述均值检波模块还和上述微控制模块连接，上述微控制模块还和上述发波控制模块连接；

6、上述微控制模块，用于存储经通过放大模块、带通滤波模块以及检波模块处理后的回波信号，并从中提取出目标回波信号；所述微控制模块还用于记录目标回拨信号的发波时间和回波时间，计算待测距离值，并通过温度补偿修正待测距离值；

7、上述发波控制模块，用于根据待测距离值发射不同强度的脉冲信号；

8、上述放大模块，用于基于不同增益值调整回波信号的大小，得到放大回波信号；

9、上述带通滤波模块，用于对放大回拨信号进行滤波处理，得到第二回波信号；

10、上述均值检波模块，对第二回波信号进行检波处理，解调出原信号。

11、为了有效避免无效的反射波对测量的影响，提高测量的准确度，首先，基于发波控制模块，按照预设的发波强度初始值发射脉冲信号并接收第一回波信号，其中，发波控制模块能够根据微控制模块中计算得到的待测距离值发射不同强度的脉冲信号；其次，通过放大模块、带通滤波模块以及均值检波模块对第一回波信号进行处理，其中，放大模块能够基于不同增益值调整回波信号的大小；再次，基于微控制模块，采集并将处理后的第一回波信号存储在内部ram中，并从中提取出目标回波信号，记录并根据目标回波信号的发波时间和回波时间计算待测距离值，并通过温度补偿修正待测距离值。

12、在本发明中，发波控制模块能够根据微控制模块中计算得到的待测距离值发射不同强度的脉冲信号，固定的发波强度在距离较近时容易产生虚假回波，在距离较大时又容易因为回波过小而无法正确提取，因此，根据实际的待测距离值调整发波强度可以有效避免无效的反射波对测量的影响，有助于与提取有效的回波信号，避免无效的反射波对测量的影响,提高测量的准确度。

13、基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述发波控制模块包括反相器u9a及电阻r39、r45、r46、r47；

14、上述反相器u9a的一端与电阻r45连接，另一端与电阻r39连接后接入测试点，上述反相器u9a通过电阻r46后接地；且电阻r47与上述反相器u9a并联。

15、基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述放大模块包括ad623放大芯片u1、电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、电容c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、二极管d1、d2、d3、d4及电感l1、l2；

16、上述ad623放大芯片u1的rg-引脚和电容c5、电容c2及电阻r2串联后和上述发波控制模块中的电阻r39连接；

17、上述ad623放大芯片u1的rg+引脚和电容c3、电容c1及电阻r1串联后和上述发波控制模块中的电阻r39连接；

18、上述ad623放大芯片u1的in-引脚和电容c2、电阻r2串联后和上述发波控制模块中的电阻r39连接；

19、上述ad623放大芯片u1的in+引脚和电容c1、电阻r1串联后和上述发波控制模块中的电阻r39连接；

20、上述ad623放大芯片u1的out引脚与电容c8及电阻r9串联后和上述带通滤波模块连接。

21、基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述带通滤波模块包括lmv3241滤波芯片u2、电阻r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15、r16、电容c9、c10、c11、c12、c13、c14、c15及电感l3、l4；

22、上述lmv3241滤波芯片u2的out1引脚和电容c13、电阻r15及电容c14串联后和上述均值检波模块连接；

23、上述lmv3241滤波芯片u2的in1-引脚和电容c13、电阻r16、电阻r12、电容c11、电容c10及电阻r9串联后和上述放大模块的out引脚连接，且电容c10和电阻r10并联；

24、上述lmv3241滤波芯片u2的in1+引脚和电阻r13、电阻r15、电容c13、电阻r16、电阻r12、电容c11、电容c10及电阻r9串联后和上述放大模块的out引脚连接；

25、上述lmv3241滤波芯片u2的in2+引脚通过电阻r12、电容c11、电容c10及电阻r9串联后和上述放大模块的out引脚连接；

26、上述lmv3241滤波芯片u2的in2-引脚和电容r13、电阻r16、电阻r12、电容c11、电容c10及电阻r9串联后和上述放大模块的out引脚连接；

27、上述lmv3241滤波芯片u2的out2引脚通过电容c14和上述均值检波模块连接；

28、上述lmv3241滤波芯片u2的out3引脚和电容c11、电阻r12、电阻r16、电容c13、电阻r15及电容c14串联后和上述均值检波模块连接；

29、上述lmv3241滤波芯片u2的in3-引脚和电阻r9及电容c8串联后与上述放大模块的out引脚连接。

30、基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述均值检波模块包括tlv2432波检芯片u5、电阻r30、r31、r32、r33、r34、电容c24、c25、c26及二极管d5、d6；

31、上述tlv2432波检芯片u5的out1引脚和上述微控制模块连接；

32、上述tlv2432波检芯片u5的in1-引脚和电阻r32串联后和上述带通滤波模块中的电容c14连接；

33、上述tlv2432波检芯片u5的in2-引脚和二极管d6、二极管d5、电阻30及电阻r31串联后和上述带通滤波模块中的电容c14连接，且电阻r32、r33串联后与电阻r30、r31并联；

34、上述tlv2432波检芯片u5的out2引脚和二极管d6、电阻r31、电阻r32及电容c24串联后和上述微控制模块连接，且电阻r30和电阻r33串联后与电阻r31、电阻r32并联。

35、第二方面，本发明提供一种超声波液位计的液位检测方法，包括以下步骤：

36、基于发波控制模块，按照预设的发波强度初始值发射脉冲信号，并接收第一回波信号；

37、通过放大模块、带通滤波模块以及均值检波模块对第一回波信号进行处理；

38、基于微控制模块，采集并将处理后的第一回波信号存储在内部ram中，并从中提取出目标回波信号；

39、基于微控制模块，记录并根据目标回波信号的发波时间和回波时间计算待测距离值，并通过温度补偿修正待测距离值。

40、基于第二方面，在本发明的一些实施例中，在上述基于微控制模块，记录并根据目标回波信号的发波时间和回波时间计算待测距离值之前，还包括以下步骤：

41、判断目标回波信号的大小是否在预设范围内；

42、若目标回波信号的大小不在预设范围内，则基于微控制模块，记录并根据目标回波信号的发波时间和回波时间计算并根据待测距离值自动调节发波控制模块的发波强度；并根据目标回波信号逐级自动调整放大模块的增益值，直至目标回波信号的大小在预设范围内；

43、若目标回波信号的大小在预设范围内，则基于微控制模块，记录并根据目标回波信号的发波时间和回波时间计算待测距离值，并通过温度补偿修正距离值。

44、基于第二方面，在本发明的一些实施例中，上述通过放大模块、带通滤波模块以及检波模块对第一回波信号进行处理包括以下步骤：

45、基于放大模块，将接收到的初始回波信号放大到预设的幅度值，得到放大回波信号；

46、基于带通滤波模块，对放大回波信号进行滤波处理，得到第二回波信号；

47、基于均值检波模块，对第二回波信号进行检波处理，解调出原信号。

48、为了有效避免无效的反射波对测量的影响，提高测量的准确度，首先，基于发波控制模块，按照预设的发波强度初始值发射脉冲信号并接收第一回波信号，其中，发波控制模块，能够根据微控制模块中计算得到的待测距离值发射不同强度的脉冲信号；其次，通过放大模块、带通滤波模块以及均值检波模块对第一回波信号进行处理，其中，放大模块能够基于不同增益值调整回波信号的大小；再次，基于微控制模块，采集并将处理后的第一回波信号存储在内部ram中，并从中提取出目标回波信号，记录并根据目标回波信号的发波时间和回波时间计算待测距离值，并通过温度补偿修正待测距离值。

49、本发明至少具有如下优点或有益效果：

50、本发明提供一种超声波液位计的液位检测系统及方法，在本发明中，发波控制模块能够根据微控制模块中计算得到的待测距离值发射不同强度的脉冲信号，固定的发波强度在距离较近时容易产生虚假回波，在距离较大时又容易因为回波过小而无法正确提取，因此，根据实际的待测距离值调整发波强度可以有效避免无效的反射波对测量的影响，有助于提取出有效的回波信号，避免无效的反射波对测量的影响,提高测量的准确度。