第二章 超声波液位自动检测装置介绍

2。1 超声波液位自动检测设计要点

此次我所进行的超声波液位自动检测装置设计包含硬件电路和软件程序两大部 分。硬件部分要求选择合适的电路元件，按照预期功能设计硬件电路，绘制硬件电 路图，并对硬件进行测试调整，达到设计指标。软件部分，在总体设计中完成对各 部分功能的分离，然后在具体模块中绘制流程图，编写代码，运行测试，修改达到 设计要求。

2。2 系统的组成结构框图

如图 2-1，此次我所设计的超声波液位自动检测装置主要是由如下几部分组成：

（1）超声波发射部分（2）单片机部分（3）超声波接收部分（4）LED 显示部分。 这 4 部分完成了超声波从发射，被液面反射并检测接受，通过单片机计算出液位并 完成显示的过程，超声波液位自动检测装置的结构框图如下：

图 2-1 超声波液位自动检测装置结构框图

由图 2-2，我们可以对本文所设计的检测装置的工作过程有一个直观了解。 当 进行测量时，对驱动电路发送一个信号同时定时器开始运作，同一时间超声波发射 模块也进入工作状态，超声波发射出去并触碰到所检测的液面同时发生反射现象， 超声波接收电路收到反射的超声波后，单片机内部计时就停止了，同时单片机根据 所输入的软件程序对外部的中断请求作出回应，计时器停止工作，单片机对所记得 的时间进行计算生成液距，最终经由 LED 显示电路模块显示所测的液位高度[4]。

图 2-2 超声波液位自动检测装置的工作过程

2。3 超声波技术

2。3。1 超声波简介

超声波的定义:一个物体 1s 内振动的次数叫做声音的频率（Hz）。人耳可以听 到的频率范围是 20~20kHz。超声波就是频率超过 20kHz 的声音。同时，超声波也是 机械波。超声波的两个重要参数：

1．频率：超声波的频率超过 20kHz。

2．功 率 密 度 ： p= 发 射 功 率 / 发 射 面 积 ， 超 声 波 功 率 密 度 一 般 都 大 于

0。35 w cm2 。在日常生活中，我们经常利用超声波来清洗物体，效果非常明显。 这种用超声波去污是利用了一种叫空化的现象。超声波在液体中传播时，会产 生振动，由此产生音波压强高达一个标准大气压，此时的功率密度为 0。35 w cm2 ， 超声波音波压强最终几乎形成了一个近乎是真空的区域，这就会在液体里就形 成一股极强的压力，这种压力会使液体分子被撕裂。当超声波压强在反方向接 近峰值时这个真空区域就会被打破，由此引起剧烈冲击能够迅速地清洁物体。 所谓的空化现象就是指由无数空化小气泡撕裂产生的冲击的征象。而如果声音 的强度没有达到某一个程度，就不会形成空化。论文网

超声波的特性: 1。超声波在传播过程中能较好地保持住方向。

2。超声波可以在多种不相同种类的介质中传播，并且距离相当长。

3。超声波和声音传输介质相互之间的作用比较适中，便于携带关于传输介质的 状态信息或对声音传输介质形成作用和治疗。

4。超声波可传递很强的能量。

5。超声波在介质中传播的过程中会产生反射、干涉和共振等现象。 超声波的主要应用： 超声波由于自身具有的特殊性质，在现实生活应用非常普遍，也给我们带来了很多便利。其中，超声波在医学上的使用可能是我们在日常生活中最能够直观体会 到的。超声波诊断是一种成熟的治疗手段，它能有效帮助医生对患者的身体状况做 出更加准确的评估。同时超声波诊断不会对患者造成任何疼痛感，不会对患者的身 体造成损伤，其使用成本也在不断降低。超声波诊断发展到现在，已经在全世界范 围内得到了普遍推广，由于它实际操作的便捷以及很高的诊断精准度，得到了医务 人员和患者的普遍认可。超声波诊断所根据的医学原理不一致，所以在本文中选取 了其中比较典型的 A 型方法加以简单说明。在患者接受超声波诊断的时候，超声波 在接触人体器官和组织后会发生反射现象，而由于人体的器官和组织对于超声波的 阻抗不一致，导致反射的超声波信号的振幅大小也不相同，而反射的超声波会在示 波器装置上显示，医务人员就可以根据形成的图像对患者进行针对性的医治[5]。