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超声波传感器范文1
超声波传感器的工作原理：
1、超声波发射器向外面某一个方向发射出超声波信号，在发射超声波时刻的同时开始进行计时，超声波通过空气进行传播，传播途中遇到障碍物就会立即返射传播回来，超声波接收器在收到反射波的时刻就立即停止计时。
2、在空气中超声波的传播速度是340m／s，计时器通过记录时间t，就可以测算出从发射点到障碍物之间的距离长度（s），即：s＝340t／2。
（来源：文章屋网 ）
超声波传感器范文2
关键词：超声波 测距 单片机 倒车
中图分类号：TN959 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0157-01
1 系统工作原理
超声波倒车系统由超声波传感器、单片机控制器和显示器等部分组成。超声波传感器将电能和超声波相互转化，实现测距，车尾的超声波传感器发送超声波遇到障碍物后，发射回来经超声波传感器接收后传给单片机控制器进行处理，得到障碍物距离交通工具的距离，将数据由送入显示器显示，能够探测0.25～2.5m范围内的障碍物，以及利用声音报警和LED发光二极管实现声光提示报警，用于提醒驾驶人员，实现轻松倒车。
1.1 超声波传感器
超声波具有的优点使得超声波在距离的测量中的应用广泛。超声波传感器将电能和超声波相互转化，采用压电材料的压电传感器是超声检测中最常用的一种传感器，当发射超声波时，将压电材料置于电场之中，它产生一定的应变，对压电材料加以交变电场，会产生交变的应变，从而产生超声振动；当接收超声波时，由于超声波的声波效果，压电材料在声波的压力作用下引起振动变形，形变可等效转换为电信号。压电晶体的谐振产生超声波，共振时，其频率为压电晶片的固有振荡频率（即中心频率）。
超声波传感器的频率特性，SZW-S40-12M发射型超声波发射传感器的升压能级中，超声波发射的中心频率为40KHz，超声声压能级最高，超声波传感器产生共振，可将超声波波长λ设为0.85cm，超声波接收传感器的频率特性类似。
1.2 超声波测量距离的原理
超声波发射后遇到障碍物反射回来送入超声波传感器，而何时反射回来无法确定，需要超声传感器一直查询检测发射回来的信号，从而计算出时间差t，代入公式S=Ct/2，求出距离S，S为超声波发射点与被测障碍物之间的距离，其中，C为声波在介质中的传输速率，t为超声波发射到超声波返回的时间间隔，超声波声速C与温度有关，温度变化不大时可认为声速是基本不变，确定声速，并测得超声波从发射到接收的时间，可求得距离。
2 系统主要构成
该系统核心采用AT89C51单片机，还包括超声波发射和接收单元、数码显示单元和声光报警单元、键盘控制单元等组成（如图1）。
2.1 超声波产生和发射单元
超声波发射单元包括超声波产生并发射，超声波传感器选用压电式，可通过软件产生超声波也可以通过硬件产生超声波。软件产生超声波充分利用软件，灵活性好，但需设计一个驱动电流为100mA以上的驱动电路；硬件产生超声波是利用超声波发生电路产生超声波信号，单灵活性差。软件编写脉冲发射40kHz的方波信号的程序，放大后输入给超声波传感器，通过LC振荡电路产生40KHz的超声波。
2.2 超声波接收单元
超声波接收单元中的超声波传感器与超声波发射单元中的传感器频率要相同，因而采用与发射端同型号的压电式超声波传感器。超声波传感器接收到信号后采用前置放大器对接收到的信号进行放大以及采用反馈减少失真等处理后送入单片机处理单元。
2.3 单片机处理单元
超声波发射后遇到障碍物反射回来送入超声波传感器，而何时反射回来无法确定，需要超声传感器一直查询检测发射回来的信号，从而计算出时间差t，代入公式S=Ct/2，求出距离S。在倒车的过程中，由于距离障碍物越来越近，需要将蜂鸣器的频率越来越大，蜂鸣器响的节奏越来愈快，可以在距离小于一定距离时加大蜂鸣器的声音以提醒驾驶员，同时将发光二极管的闪烁设置闪烁越来越频繁来实现光报警，单片机AT89C51需要将距离的数据及时的反馈给蜂鸣器，并通过软件实现相应功能。单片机AT89C51晶振频率为12MHz，通过端口P1.0输出40KHz方波，并将其送入超声波发射器，用于产生超声波，通过外中断检测超声波接收电路接收的超声波信号，在倒车前多次测得时间，求平均值，提高测量精度，在倒车时能够及时的显示障碍物距离，如果小于1m时报警。
2.4 数码显示电路和声光报警单元
数码显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，用于显示车尾障碍物的距离，由单片机P0.0—P0.6接LED的a～g七个笔段，P2.4～P2.7接四位8550的公共端，通过软件以动态扫描方式显示。段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管驱动，显示精度厘米。声光报警电路，当所测距离小于一定值时，通过声光报警，计算出的距离在发光二级管上显示的同时，将其与设定值（比如1m）进行比较，如小于1m，接蜂鸣器报警，否则不报警；在距离小于一定距离时，通过将发光二极管的闪烁设置闪烁越来越频繁来实现光报警。
2.5 按键控制单元
按键控制电路，通过按键控制倒车雷达的工作状态，根据是否倒车启动和停止该系统，以及通过按键实现安全距离的选择，以满足不同的需要。
2.6 程序编写
程序包括主程序、超声波发射子程序、超声波接收子程序、显示子程序。主程序调用各个子程序和中断程序实现整个系统的控制，主程序中初始化后，调用发射子程序多次，启动定时器，不停的扫描引脚INT0，如果有接收信号则进入中断子程序关闭定时器，得到时间，求得距离以及进行声光报警提示。
2.7 系统结果分析
该系统能够实现在2.5m范围内的障碍物的测距和报警，实际测试证明该系统工作稳定，系统实验结果误差分析，发射接收时间对测量精度的影响，超声波在空气介质的传播过程中会有很大的衰减，必须确定接收波形的时间，对接收到的信号进行处理，如放大，这是影响测量精度的其中一个因素。本系统对发射信号和加收信号通过校正的方式来实现准确计时，AT89C51单片机的12MHz时钟基准的精度为1μs，因此误差精度为1mm，声速受温度的影响，提高超声波测量精度重中之重就是获得准确的声速。
3 结语
本文给出了超声波雷达倒车系统的整个设计方案，利用AT89C51单片机、超声波传感器实现障碍物报警提示。该系统成本低、精度高，具有一定的实用价值，在日常驾驶过程中起到了良好的辅助作用。
参考文献
超声波传感器范文3
关键字 机器人；地图构建；多传感器信息融合；扩展卡尔曼滤波
中图分类号TP24 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）54-0200-02
0 引言
导航技术是自主移动机器人研究的核心，其关键在于建立一个合理有效的环境地图[1]，用来描述机器人的工作环境，从而进行路径规划和避障，所以构建并维护一个环境地图是自主机器人能否顺利完成工作的前提和重要环节，构建环境地图的精确程度直接影响到机器人后续的工作状态。
典型的环境地图表示方法有尺度地图，拓扑地图。但其准确性都受限于传感器的不确定性，无论何种环境地图都依赖于传感器提供的环境信息，即构建环境地图的精度取决于所采用的传感器。机器人自身携带的传感器是其探索周围环境的重要手段。当前，常用的传感器有视觉传感器、里程计和惯导系统、超声波传感器、激光测距仪、GPS定位系统等。针对不同的传感器，各有其使用优缺点及局限性[2][3]，为此，经过分析比较，本文采用扩展卡尔曼滤波技术，将里程计和超声波传感器所提供的信息进行融合，实现构建准确的环境地图。
1 环境信息的检测与提取
1.1 里程计模型的建立与信息处理
通过里程计的测距工作原理，建立其位移数学模型：
（1）
其中，r为车轮半径，N为光码盘输出的脉冲数，p为光电码盘转数。若机器人左右轮的移动距离分别为和，且两轮的间距为b，机器人从位姿运动到，则机器人运动的距离为，机器人转过的角度为。
1.2 超声波传感器模型的建立与信息处理
通过超声波测距的工作原理，建立其测距数学模型：
（2）
其中，t为发射和接收声波所用的时间，c为声音传播速度。其物理模型可转化为在一个固定的声波波带开放角度内，传感器到一障碍物体的最短距离[4]。在第k个采样时刻，机器人的位姿为，则经过坐标的旋转平移变换，可将第i次超声波传感器在XRORYR坐标系中的坐标转换到XOY坐标系中的坐标，写成齐次坐标的形式为：
（3）
同时，可获得超声波传感器的方向：
（4）
判定探测环境中有效的数据点，采用距离度量原则。当第i次超声波传感器和第j个物体满足时，超声传感器i测得的到第j个物体的有效距离为
其中，δ为超声波传感器的声波波带角度，。当不满足上述关系时，则认为是无效数据，要去除。同时，超出声波测量范围的数据也要去除。由此，可得到该多传感器系统的随机观测模型为：
（5）
其中，v(k)为观测误差，是均值为零的高斯白噪声，方差为R(k)。Z(k)包括里程计的输出及超声波传感器的读数，所以Z(k)的维数为里程计输出向量个数加上超声传感器的个数。
里程计的输出为：
(6)
(7)
(8)
超声波传感器的输出为：
(9)
2 环境建模方法
2.1机器人运动模型
为了方便构造机器人的运动学模型及规划控制其运动过程中的位姿，我们设定两轮驱动小车作为运动平台。建立全局参考坐标系XOY和机器人局部参考坐标系XRORYR用于确定机器人的位置，将XRORYR坐标系原点作为机器人的位置参考点，建立在两个驱动轮中轴连线的中点OR上。机器人的线速度，分别投影到XOY坐标系上得，。机器人的角速度为：。于是，机器人的运动方程为：
(10)
将方程(1)离散化，加上模型噪声，可得机器人的离散随机状态空间表达式[5]：
(11)
其中，w(k)为模型误差，是零均值的高斯白噪声，方差为Q(k)。T为采样时间。
(12)
式(3)就是机器人的运动模型，也是系统的状态方程。
2.2 EKF算法
采用扩展卡尔曼滤波(EKF)技术进行机器人位姿跟踪，包括状态预测，观测更新，状态增广3个阶段，获得一个描述较为准确、完整的环境地图。
3 实验分析与结论
实验环境为四周是垂直墙壁的不规则线形走廊，P3-DX机器人沿走廊运动，用里程计和超声波传感器构建环境地图。
从实验过程可以看出，在移动机器人运动环境中有墙壁、开或关闭的门以及角落等不同环境特征，随着机器人的不断运动，走廊环境地图被逐渐创建出来，且准确度较高。实验结果显示，x和y校正量保持在以内，的校正量在度以内。此外，机器人局部位姿有些时刻校正量较大，分析其原因，主要是基于以下几点：启动阶段，较大是因为机器人由静止到运动对控制器有较大冲击造成的；当机器人运动中转变方向时，受移动机器人平台点镇定控制器的影响，机器人位姿x，y，的校正量同时增大；环境地面状况的局部不平整也会造成位姿误差的突增。
实验结果表明基于里程计与超声波传感器的同时定位与地图构建算法，基本消除了里程计的累计误差，纠正了机器人的位姿，提高了定位的精度，可以快速的完成机器人的环境地图构建任务。
参考文献
[1]Thrun S, Bayesian Landmark Learning for Mobile Robot Localization [J].Machine Learning，1998，33(1)：41-76.
[2]Kenneth D.Harries, Michael Recce.Absolute localization for a mobile robot using place cells [J].Robotics and Autonomous Systems，1997，22(3)：393-406.
[3]Greg Welch, Gary Bishop.An Introduction to the Kalman Filter.[EB/OL].cs.unc.edu/ ~welch/media/pdf/kalman_intro.pdf.，2007-1-16.
超声波传感器范文4
关键词WSN；车位控制；超声波传感器
1引言
无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，在现实生活中得到了越来越广泛的应用。随着通信技术、嵌入式技术、传感器技术的发展，传感器正逐渐向智能化、微型化、无线网络化发展[1]。目前，国内外主要研究无线传感器网络节点的低功耗硬件平台设计拓扑控制和网络协议、定位技术等。这个设计以检测超声波强度的传感器为例，实现了一个无线传感器网络，根据传感器所检测的超声波强弱来决定开启或关闭车位指示灯，从而判断是否有车辆进入检测区域。这种传感器网络综合了嵌入式技术、传感器技术、短程无线通信技术，有着广泛的应用。该系统不需要对现场结构进行改动，不需要原先任何固定网络的支持，能够快速布置，方便调整，并且具有很好的可维护性和拓展性。
2IEEE802.15.4标准
IEEE802.15.4标准[2]适用于低速率、低功耗、低复杂度和短距离数据传输的无线个域网(WPAN)。在网络内的无线传输过程中，采用带冲突避免的载波侦听多路访问机制(CSMA／CA)，支持超帧结构和时槽保障机制(GTS)。网络拓扑结构可以是星型网或点对点的对等网。该标准定义了3种数据传输频率，分别为868MHz、915MHz、2.4GHz。前两种传输频率采取BPSK的调制方式，后一种采取0-0PSK的调制方式。各种频率分别支持20kbit／s，40kbit／s和250kbit／s的无线数据传输速率，传输距离在0m～70m之间。本文中采用的是频率为2.4GHz的无线发射模块。
3无线传感器网络的实现
3.1网络平台组建
无线传感器网络平台由超声波传感器模块、微处理器模块、无线发射模块三个部分组成[3]，如图1所示。微处理器模块和无线发射模块集成在一块板子上，而超声波传感器模块通过接口与微处理器相连，这样可以通过更换不同的传感器模块来应用于各种场合。
3.1.1超声波传感器模块
由于超声波指向性强，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现[4]。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。为了使汽车能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息(距离和方向)。本文所介绍的三方向(前、左、右)超声波测距系统，就是为后台工作人员了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息[5]。
图1无线传感器网络节点结构
图2无线传感器网络节点通信拓扑结构
SL-SRF-25超声波传感器，接上电源，可以单独作为超声波测距使用，由3位LED数码管显示障碍物距离，3位LED数码管采用积木式插装方式，便于调试检查及使用在不同场合。测量范围10cm-250cm，测距小于100cm时，误差是1～2cm.，大于100cm时，误差是4～5cm。SL-SRF-25超声波传感器，还可以指定从单片机I/O端口上输出分段距离检测信号。
3.1.2微处理器模块
处理器模块选择美国加州伯克利大学的Mica2模型节点。节点板上提供如下功能：433MHz中心频率的无线通信接口，通过编程可以定制多种功能：能够提供-20db~10db多种通信功率；能够在曼彻斯特编码方式下提供从0.3kbps~38.4kbps多种传输速率；能够在433M附近设置多种通信频率，频率间隔为76k。它高速和大容量RAM的特性，为处理数据包提供了便利。
3.1.3无线发射模块
无线发射模块采用桑锐电子科技公司的SRWF-501型微功率无线模块射频收发器。该芯片只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。该收发器提供3个串口3种接口方式，COM1为TTL电平UART接口，COM2为标准的RS-232接口标准的RS-485接口；晶体稳频，内置数字锁相环，频点根据用户需要在300—1000MHz范围内可以灵活设置；自动过滤噪声，简化了用户接口的编程，做到与有线一样方便；“收”“发”自动切换，无需专用的收发控制线，不发数据时为常态“收”状态；发数据时自动转换为“发”状态，“发”完后自动回到“收”；微发射功率：最大发射功率10mW。SRWF-501的选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。
3.2系统软件平台
选择美国加州伯克利大学开发的TinyOS系统开发环境。TinyDB是TinyOS的查询处理系统，它能够从无线网络中的sensor节点上提取数据和信息。TinyOS为TinyDB提供了一个可视化的JAVAAPI窗口，可以进行实时查询。
3.3组网类型
在本文中，无线传感器网络采取星型拓扑结构(如图2)，由一个网络协调器作为中心节点，可以跟任何一个普通节点通信。普通节点上含有超声波传感器对周围环境中的超声波信号强度参数进行测量、采样，将采集到的数据发往中心节点，并且可以对中心节点发来的数据、命令进行分析处理，完成相应的操作。若两个普通节点之间要传送数据则必须经过中心节点，由中心节点把数据传送到相应的节点上。
3.4组网流程
无线传感器网络是一个自组织的网络，如果一个全功能节点被激活，它就可能建立一个网络并把自己设为网络协调器，其它的普通节点可以申请加入该网络[6]。这样就可以建成一个具有星型拓扑结构的无线传感器网络。本文中的无线传感器网络支持超帧结构，网络协调器经过能量扫描、主动信道扫描后，按照设定的参数周期性的发送信标帧。普通节点首先经过能量扫描和被动信道扫描后，获取信标帧中包含网络特征的参数，如信标序号、超帧序号和网络标号等。通过同步请求与网络协调器同步，再通过匹配请求与网络协调器关联。在与网络协调器关联的过程中，网络协调器为每个请求关联的普通节点分配16位的短地址[7]。这样在以后的数据传送中就可以用短地址进行通信，提高通信效率、降低发射中的能量消耗，从而延长网络的使用寿命。
3.5数据传输机制
3.5.1数据格式
在IEEE802.15.4标准中定义了四种帧，分别是信标帧、数据帧、命令帧、确认帧[2]。
(1)信标帧：用以网络协调器在支持超帧结构的第一个时槽向其临近节点广播信标，当附近的节点接受到信标帧后就可以申请加入该网络。
由于本文中的无线传感器网络系统采用相对简单的星型拓扑结构，在信标帧的结构上与IEEE802.15.4标准有所不同：在信标帧的地址域中仅包含源节点的网络标号和短地址，不包含目的节点信息(因为采用广播方式发送)。
(2)数据帧：用来传送含有超声波度信息的数据。
在地址域中包含源节点和目的节点的网络标号和短地址。由于数据帧的传送方向有两种：从普通节点传向中心节点和从中心节点发送给普通节点。
(3)命令帧：用于组建无线传感器网络、传输同步数据等。命令帧在格式上和其它类型的帧没有太多的区别。
(4)确认帧：用以确认目标节点成功接收到数据帧或命令帧。当目标节点成功接收到数据帧或命令帧后，就发送一个确认帧给发送方。发送方接收到这个确认帧说明发送成功。若在规定的时间内没有接收到确认帧，则重发该数据帧或命令帧。
在帧控制域中定义了帧的类型为确认帧。确认帧的序列号要与被确认帧相同，并且负载长度为零。确认帧紧接着被确认帧发送，不需要使用CSMA-CA机制竞争信道[8]。
3.5.2传输流程
在整个无线传感器网络中，采取的是普通节点定时读取其传感器上的超声波数据，并将超声波数据发送给中心节点。中心节点对接受到的数据进行处理后传送给相应的节点用以控制其上的车位置位标志。首先，网络协调器对接收到的数据帧进行检验，图2中的"中心节点判断"是判断是否为指定节点的传感器数据。若接收的数据是指定节点上的数据，则将该数据与一个超声波度阈值进行比较来设定控制变量(用来控制车位的开关状态)[9]。反之，则不进行发送操作。然后，判断带有空闲的节点是否加入网络。若在网络中找到带有空闲的节点，则中心节点将控制变量作为数据帧负载发送给它。反之，则不发送带有控制变量的数据帧。
4结束语
在我们设计的无线传感器网络车位控制系统中，普通节点将它采集的超声波数据发送给网络协调器，网络协调器将含有控制变量的数据帧发送给带有车位占空标志接点的同时，还可以通过串口将超声波度数据传送给计算机。通过计算机上的后台软件，可以监控超声波度信号的变化。从超声波传感器可以判断车位的占用情况。
本文从无线传输协议的制定、传输过程控制等几个方面对设计实现无线传感器网络进行了论述。在实际运用中，只要对具体的传感器进行更换，就可以适用于各种各样的传感器网络。由于无线传感器系统组网灵活，采用模块化的设计，故具有很好的移植性和扩展性，随着人们生活水平的提高，此系统在未来交通监控领域有着广阔的应用前景。在未来交通监控领域[10]、智能家电、家庭环境的智能调节上有着广阔的前景。
参考文献
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超声波传感器范文5
【关键词】液位 超声波 仪控 测量 核电厂
秦山第二核电厂总共有4台650MW的压水堆机组。每台机组的反应堆冷却剂系统（RCP）由并联到反应堆压力容器的两条相同的传热环路组成，其中每条环路由一台冷却剂主泵、一台蒸汽发生器以及相应的管道、阀门组成，而连接压力容器出口和蒸发器入口之间的管道俗称为热管道。秦山二期的热管道的水位测量采用的是法国MGP公司生产的一套超声波液位智能测量系统，本文将分别阐述该智能系统的测量原理、结构组成以及使用方法，为超声波液位计在电厂的推广做使用借鉴。
1 超声波液位计的测量原理及其应用
1.1 超声式传感器的基本理论介绍
声波是一种机械波。声的发生是由于发声物体的机械振动引起周围弹性介质中质点的振动由近及远的传播，这就是声波。声波的频率高低不同，频率超过20000HZ的叫超声波，而频率低于20Hz的叫次声波。超声波的频率最高可达1011Hz。超声波传感器是近年来发展起来的新型传感器，可广泛应用于非接触性测量的场合，如液体界面检测、流量测量，水下作业、煤烟浓度、积雪厚度监测等多个领域，而秦山二厂热管道水位的测量就是超声波传感器在液位测量中的典型应用。
1.1.1 超声波的发生
超声波是由超声波发生器产生的。超声波发生器主要是电声型，它是将电磁能转换成机械能。其结构分为两部分：一部分是产生高频电流或电压的电源；另一部分是换能器，他的作用是将电磁振荡变换成机械振荡而产生超声波。
压电式换能器：某些晶体受到外力作用发生形变时，在它的表面上会出现电荷，这种效应称之为压电效应。具有压电效应的晶体称为压电晶体。
压电效应是可逆的，逆压电效应就是在晶体切片的两对面上加交变电场（或电压），晶体切片就产生伸长与缩短现象，这种现象叫电致伸缩。
而压电式换能器就是利用电致伸缩现象制成的，在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动而产生超声波。根据共振原理，当外加交变电压频率等于晶片的固有频率时，产生共振，这时产生的超声波最强。
1.1.2 超声波的接收
在超声波技术中，除了需要能产生一定的频率和强度的超声波发生器以外，还需要能接收超声波的接收器。压电式超声波接收器是利用正压电效应进行工作的。当超声波作用到压电晶片上时，使晶片伸缩，在晶片上的两个界面上变产生交变电荷。这种电荷先被转换成电压经过放大后送到测量电路，最后记录或显示出结果。他的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个换能器兼作发生器和接收器两种用途。秦山二厂的超声波液位计探头采用的就是同一个压电换能器，兼作发生器和接收器两种功能。
1.2 超声波液位计主管道液位测量中的应用
物位检测面临的对象不同，检测条件和检测环境也不相同，检测方法很多，归纳起来主要有直读式、静压式、浮力式、声学式、光学式等几种。其中超声波物位传感器属于声学式的一种，利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。超声波液位测量有许多优点：它不仅能够定点和连续测液位， 而且能方便地提供遥测或遥控所需的信号。与其他测位技术相比，它不需要特别防护，安装和维护较方便， 而且结构、方法都较简单。
超声波液位测量的方法有很多，如脉冲回波法、共振法、频差法以及声衰减法。其中应用最广泛的是脉冲回波法。它的基本工作原理是：超声换能器由脉冲激励信号发出超声波，声波在介质中传播到达液面时，经液面反射形成发射波，再经介质传播返回到换能器，换能器把声信号转换成电信号。由二次仪表测出超声波从发射到接收所需的时间，再根据介质中超声波传播速度和换能器的安装高度，就可计算液位高度。
2 MGP超声波液位计测量系统的系统组成和使用方法
2.1 测量系统的系统结构组成
秦山第二核电厂采用的MGP型超声波液位计测量系统主要由探头安装支撑件，压电式超声波传感器探头，就地连接单元，过程处理单元，远程数据显示仪以及各部分连接电缆组成。本套智能超声波液位计测量系统是用来测量一回路主管道排水时主管道内水位的显示，实时反应主管道内水位的高度，为运行人员提供参考，尤其是十年安全壳打压期间需要一回路水位排的尽量低以保障安全壳打压试验更顺利进行，因此该液位计承担着及其重要的作用。
2.1.1 压电式超声波传感器探头
超声波传感器探头是本套测量系统的核心部件，它的好坏直接决定了测量系统能否正常使用，超声波探头通过一个支撑组件垂直于主管道的水平面安装在主管道的表面上。机组正常运行期间，维修人员需要拆下现场的超声波探头以防止主管道温度过高导致超声波探头失效的情况出现（超声波可测量的最高温度不超过70℃）。
在探头的安装过程中，要保持探头的安装方向与管道的水平方向绝对垂直，同时在压电式传感器的表面要涂抹上均匀的声耦合剂以保证探头的信号能正常的发送接收，同时在探头安装前保证管道的接触面清洁没有杂质。
其中超声波传感器接收过程处理单元提供高频励磁脉冲信号然后把这些脉冲信号转换成超声波信号。同时超声波信号从管道表面和冷却剂表面反射回来的信号通过传感器转换成相应的电信号送到过程处理单元进行分析和处理。
2.1.2 过程处理单元
过程处理单元承担了MGP超声波液位计测量系统的信号分析，数据采集，数据处理，数据输出等过程内容。通过连续测量的方式实现以下的功能：
（1）液位数据即时显示（每秒刷新一次数据）。
（2）提供两个继电器输出报警分别对应成“高水位”和“低水位”。
（3）提供4-20mA或者0-20mA电流输出。
（4）提供RS232接口与计算机进行数据通信。
（5）通过内部的继电器电路实时跟踪探头是否安装，并提供相应的报警。
（6）提供设备故障的报警信息。
过程处理单元主要由处理模块，MADC组件，键盘输入/显示模块，电源分配模块以及算法软件等几个单元模块组成
2.2 超声波液位计测量系统的使用
在超声波液位测量系统投运之前需要确认以下几点工作内容，确认无误后方能执行后续的系统投运工作以保证测量工作的有效性。
（1）主管道的保温层已经拆除。
（2）主管道上面的探头支撑件完好无损坏。
（3）主管道与传感器安装的接触面表面必须清洁。
（4）各单元直接的连接电缆已经连接好。
（5）系统电源指示灯亮，系统电源没有问题。
（6）过程处理单元接地良好（用兆欧表做绝缘测试）。
2.2.1 系统启动和停止
通过过程处理单元柜上面的电源开关按钮进行系统启动工作，之后系统开始执行初始化工作，同时，系统对内部存储器执行测试，测试OK后就地指示灯亮。之后对系统等各个子项进行测试，测试合格后系统处于STAND-BY 模式。
2.2.2 系统参数设置以及仿真测试
在STAND-BY模式下通过键盘操作进入到2（参数设置）里面对相应的参数进行设置。
运行参数中可以根据实际的工况参数（如液位高报定值，液位低报定值，满水时液位，空管液位，管壁厚度以及材料）对相关参数进行设置。
参数设置完成后按B退出回到STAND-BY菜单。进行仿真测试（通过按键选择2），仿真测试的内容是模拟现场的实际水位信号去测试模拟量输出，液位高低报警，远方显示等功能是否正常。整个仿真测试的事件总共持续30S。仿真测试分为手动仿真测试和自动仿真测试两种供用户在不同场合选择，仿真测试完成合格后就可以进行校验操作。
2.2.3 探头安装及系统校验
在校验前，首先确认现场探头已经安装就位，且探头安装满足使用要求，同时确认主管道旁边的余热排出泵已经停运。之后操作人员执行自动校验操作，出现两个选项
（1）PREVIOUS CALIBRATION（之前的校验）。
（2）NEW CALIBRATION（新的校验）。
在每次超声波液位计测量系统投运时，探头都要重新安装一遍，因此现场探头的位置以及管道内实际的情况与之前都有偏差，需要重新进行标定校验，因此只能执行2选项，此时系统执行一系列的计算，显示测试进行中，如果执行校验过程中没有故障的话，整套超声波液位计测量系统校验完成，就可以实时监控主管道内的水位情况，同时通过模拟量输出把水位的测量信号输送到主控的显示仪进行数据显示。如果校验过程中出现故障，则画面中STATUS（状态）栏中会出现相应的故障代码，之后再根据故障代码的处理措施查找故障原因，故障排除后再次执行新的校验直到系统正常使用为止。
3 结语
MGP型智能超声波液位计自现场投运以来，性能稳定，运行状态良好，仪控人员通过日常的维护和系统的学习很好的掌握了该液位计的设计原理，使用功能等相关知识，为今后的兄弟电厂的相关交流提供良好的基础。
参考文献
[1]张洪润，傅瑾新，吕泉等.传感器技术大全（中册）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007：1258-1259.
[2]李邓华，彭属华，许晓飞.智能检测技术及仪表[M].北京：科学出版社，2007：110.
[3]俞金寿，孙自强.过程自动化及仪表[M].北京：化学工业出版社，2007：45.
[4]李敏哲，赵继印，李建坡.基于超声波传感器的无线液位测量系统[J].仪表技术与传感器，2005（11）：38-39.
[5]刘伟华，涂亚庆，李建树.一种新型超声波液位测量方法及系统[J].仪表技术，1997（03）：11-12.
作者简介
李小泉，工学学士学位。现为中核核电运行管理有限公司维修三处仪控科科员、工程师。
郭佳旭，工学学士学位。现为中核核电运行管理有限公司维修三处仪控科科员、工程师。
黄海波，工学学士学位。现为中核核电运行管理有限公司维修三处仪控科科员、工程师。
马敏超，工学学士学位。现为中核核电运行管理有限公司维修三处仪控科科员、助理工程师。
超声波传感器范文6
【关键词】PIC单片机 警示装置 太阳能 全方位
1 引言
电力输配电导线（含电缆）、杆塔及户外变压装置由于其分布范围广、环境复杂，特别是架空线、塔杆、变压装置等在人员密集区或城乡结合部极易造成人员、施工机械或超高车辆的刮蹭和触电。
目前，电力塔杆、变压装置等电力系统均安装了警示标志，并且已取得了比较好的效果。但是，电力架空线路过路部分并没有任何的警示标志，基于此我们研制了电力线路架空线过路警示装置。
2 系统组成和工作原理
2.1系统安装结构
整体系统共有三组传感器检测电路组成，利用传感器的角度范围和安装工艺，避免死区的出现，达到全方位覆盖检测的效果，系统传感器安装图如图1所示。
2.2 电路系统结构
线路警示装置电路系统由太阳能及锂电池蓄电部分、光敏电阻模块，红外传感器模块、超声波传感器模块、微控制器、LED警示部分、声音报警部分、蜂鸣器报警部分和单片机控制器构成，系统结构如图2所示。
系统选用系列传感器传感器采集现场数据，微控制器PIC单片机对传感器采集过来的数据进行分析和处理，当环境中的不同变量到达或超过预警值时，微控制器智能响应不同的警示电路以提醒人或者物体远离线路。当传感器数据回复正常时，关闭报警器。达到保护线路免遭破坏和人民的生命财产安全不受到伤害。
3 系统硬件设计
系统硬件设计包括太阳能电源模块设计，超声波传感器模块设计，红外传感器模块设计等几个部分。
3.1 主控模块芯片选择
系统微控制器选用美国Microchip（微星）公司的PICl6F1503单片机。PIC单片机是一种用来开发的去控制设备的可编程集成电路，它是采用了精简指令集（RISC）结构和Harvard双总线结构的嵌入式微控制器，其高速度、低电压、低功耗、大电流LCD驱动能力和低价位OTP技术等都体现出单片机新的技术趋势。PICl6F1503单片机内置看门狗（Watchdog）定时器，提高了程序运行的可靠性。
3.2 太阳能电源模块设计
基于太阳能供电，环保节能。选择无记忆性的锂电池作为蓄电池，实现太阳能有效利用，保护环境，节约能源。 为高压，为特定环境应用报警装置不易更换电源提供了良好的解决方案。通过智能电源管理芯片，对锂电池电池短路、过充、欠充有较好的保护作用。延长了蓄电池的使用寿命，并充分保证系统稳定工作。太阳能电源模块电路图如图3所示。
3.3超声波传感器模块设计
超声波传感器：超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是指频率高于20kHz的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。超声波传感器模块设计电路图如图4所示。
3.4 红外传感器模块设计
热释电红外传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。有探测元件将探测并接受到的红外辐射转变成为微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出，人体辐射的红外线中心波长为9-10um，而探测元件的波长灵敏度灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端装上滤光镜，这个滤光片可通过光的波长范围是7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其他的波长红外线由滤光片予以吸收，从而实现对人的检测作用。红外传感器模块电路如图5所示。
5 结束语
本系统把可持续利用能源太阳能以及传感器检测与报警跟工程应用良好的结合起来，为架空线路的防护提供了更好的保障，通过传感器对信号的采集，实时的对线路环境进行检测，并通过单片机软硬件的结合处理，使得系统的信号干扰更小，实验测试证明，本设计安全可靠、保护环境，节约能源，具有一定的推广价值。
参考文献
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[2]何立民.单片机高级教程应用与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
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作者单位
