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超聲波傳感器污水流量計的設計
Updated:2019-5-13 10:35:07 Browse:1947 Close window Print this page
[導讀] 紹了一種明渠污水流量計的設計。采用超聲波傳感器,利用單片機進行數據采集與處理,并提出了抑制干擾的方法。
 
      1 明渠污水流量測量的基本方法
 
      工業污水一般經明渠排放,其流量測量的一般方法是在污水排放口安裝特殊結構的測量槽,通過測量槽的液位即可計算出瞬時流量,進而算出累計流量??梢娒髑髁繙y量的關鍵是液位的測量。以常見的巴歇爾槽為例,其流量的計算公式如下:
 
      Q=1.541*H1.53B*10-3/60
 
      Q——瞬時流量(m3/s),H——液位(mm)。
 
      2 超聲波傳感器的基本特性
 
      常見的液位傳感器有磁浮筒式、壓力式等,磁浮筒式傳感器要安裝在被測介質中,長時間使用易被腐蝕,而壓力傳感器輸出線性較差且成本較高。超聲波傳感器的特點是使用時與液面脫離接觸,無腐蝕問題,且價格低廉。超聲波傳感器由控制卡及換能器構成,如圖1。
 
 
 
      其外部特性如圖2所示。其工作原理是,每當在“控制信號”端加—正脈沖(寬度0.2ms),控制卡便通過換能器發一束超聲波,當超聲波遇被測污水反射后又被換能器接收,控制卡便通過“邏輯輸出端輸出—“返回脈沖。通過計量“控制信號”到“返回脈沖”之間的時間T便可按下式計算出換能器距被測污水表面的距離H,由于安裝時換能器固定在污水的上方(高度不變),因此,換能器距污水底部的距離HO(其值已知)減去H即為污水液位H1。
 
 
 
      H=I/(2*v*T)
      Hl=HO- H
 
      其中:v=344m/s 為聲波的傳播速度,T為聲波傳輸時間??梢姡覀兛赏ㄟ^單片機測出T,進而算出H1。
 
      3 流量計的工作原理
 
      根據超聲波傳感器的特性,采用單片機作為整個流量計的控制器,系統的硬件原理圖如下:
 
 
 
       圖3中,單片機8031、74373和2764組成單片機核心電路,8255為顯示電路接口,DS1220為不揮發RAM。用其存儲流量可保證斷電后流量不丟失。工作時8031每隔一個采樣周期先啟動定時器T1,然后通過PIO引腳向控制卡發控制信號,換能器發—聲波經被測污水反射由換能器接收,控制卡的邏輯輸出端輸出—脈沖,脈沖信號經過或門進入INTO腳,引起中斷請求。在中斷服務程序中從定時器中取出定時值,計算出對應的液位。由于傳感器在發出聲波后,在4MS以內會產生無用的盲區脈沖,所以在PIO向控制卡發控制脈沖的同時,通過P11腳發一個4ms的高電平封鎖信號,防止“盲區脈沖”通過或門進入INTO引腳。
 
      由于污水表面有各種漂浮物,會產生“漂浮物干擾”,使液位產生誤差,因此在軟件設計中必須采用相應抗干擾措施??紤]液位變化慢的特點,在軟件設計中采用“限速濾波”。利用8031的定時器TO獲得100ms定時基準,再獲得3s的采樣周期,每隔一個采樣周期獲得一個采樣Hi,每次獲得采樣值后都對其進憲“限速濾波”。設最近三次采樣值分別為H1、H2、H3,本次濾波值為Hn,上次濾波值為Hn- I,則濾波算法如下:
 
      若| H3- Hn- 1 |≤△H,則Hn=H3;
      若| H3- H2 |≤△H,且| H2- H1 |≤△H,則Hn=H3
      否則,Hn=Hn- 1。
 
      其中△H為根據實際情況經實驗確定的液位變化值。此算法經實踐證明可有效濾除“漂浮物干擾”。8031的定時器TI作為對超聲波往返時間的計時器,每個計數值代表2ms。限于篇幅,控制程序就不在此給出。
 
      4 結束語
 
      采用超聲波傳感器的明渠污水流量計經現場實際運行性能良好,在精度、穩定性等主要技術指標方面均達到設計要求。
 
      參考文獻
 
      [1] 李純樸.明渠流量測量原理[z].北京:水利科學出版社.1980
      [2] 李華.MCS—51系列單片機實用接口技術[z]北京:北京航空航天大學出版杜,1993
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