[实用新型]智能液位传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，尤其涉及一种液位信号参数测量的智能传感器。

背景技术

液位测量在水利部门和气象部门以及化工等领域有着广泛的应用。其中超声波测量是一个重要的方法。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，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，价格低廉。

在超声波液位测量技术中，应用最广泛的是超声波脉冲回波方法。当声波从一种介质向另一种介质传播时，在两种密度不同、声速不同的介质的分界面上，传播方向便发生改变。即一部分被反射，一部分折射入相邻介质内。由于两种介质的密度相差悬殊，声波几乎全部被反射。

因此，由发射传感器发出超声波脉冲，传到液面经反射后返回接收传感器，测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间，根据媒质中的声速，就能得到从传感器到液面之间的距离，从而确定液位。见参考资料：仪表技术与传感器2005年第11期，基于超声波传感器的无线液位测量系统；仪表技术与传感器2004年第1期，基于单片机的液位测量系统。

现有技术的超声波液位测量在实际使用过程中主要存在以下缺陷：

1、由于超声波传播速度受温度的影响，必须对超声波传感器测量结果进行温度补偿，必须增加温度采集单元。

2、如果测量的介质发生改变时，超声波传感器测量结果也必须进行相应的更改，需要人为标定。

3、超声波传感器尚不能够对环境温度、湿度、介质的变化进行自适应的调节。

随着现场总线技术的发展，提出以现场总线输出的智能传感器，其可降低成本、提高灵活性，是当今传感器发展的方向。

发明内容

本实用新型提供一种智能液位传感器，它的目的是为了克服现有液位传感器不能够对对环境温度、湿度、介质成分的变化进行自动适应的不足，以满足各种不同测量环境的需要。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种智能液位传感器，由传感器和传感器控制单元构成，其特征是：

所述的传感器包括两个超声波发射传感器和一个超声波接收传感器构成的距离测量传感器；所述的传感器控制单元包括：与距离传感器电连接的信号调理单元、顺序连接在信号调理单元后的微控制器单元和CAN总线通讯单元。

所述信号调理单元包括与微控制器连接的微分电路、与发射传感器连接的驱动电路、顺序电连接在超声波接收传感器和微控制器之间的放大电路单元、比较电路单元、单稳触发电路单元。

所述微控制器包括一单片机集成芯片和设置在微控制器复位端的复位电路以及设置在微控制器时钟输入端的晶振电路组成。

所述CAN总线通讯单元由分别设置在CANRX和CANTX端的光电隔离电路芯片和CAN总线驱动电路集成芯片连接成。

且所述两个超声波发射传感器之间设置5-25cm的差距。这样可以保证测到的距离有一定的差别，且这个差别是固定的。

上述智能液位传感器工作时，所述微控制器发出的脉冲信号经过微分电路之后变成一标准的脉冲信号，然后通过驱动电路形成脉冲信号，再由该信号去驱动两个超声波发射传感器；所述超声波接收传感器的回波信号经过放大电路单元之后，再经过比较电路单元形成一个脉冲信号触发单稳态触发电路单元，最后回波信号进入微控制器分析处理。

在上述的智能传感器中采用CAN(Controller Area Network)总线作为该传感器的串行控制总线。由于CAN总线具有通讯速率高、实时性好、带负载能力强、可靠性及抗干扰能力好、总线利用率高及硬件成本低等优点，非常适于检测、控制等分布式网络的通讯。

在本实用新型中既要保证采样数据的完整性，同时要使CAN总线的传输速率达到最大。因此，CAN总线的数据处理设计成完全的中断驱动，当CPU处理前台任务时，CAN总线可在后台传输，同时规定采样中断优先级高于总线中断优先级，即在采样时不被总线中断打断，以保证采样过程的完整性。后台(中断服务程序)和前台主程序循环之间的数据交换采用事件标志和数据缓冲区来实现。总线数据和传感器数据采集由中断服务程序完成，根据中断标志来判断中断源，进入相应的中断分支处理，同时置事件标志。系统主程序通过查询事件标志专注于数据处理而不用关心总线数据的传输和数据采集过程。