一种基于超声波测距的液面监控报警装置的制作方法

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种基于超声波测距的液面监控报警装置。

背景技术：

一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷。例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极长时间浸泡于水中或其他液体中，极易被腐蚀、电解，失去灵敏性。利用超声波测量距离可以解决这些问题，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛应用口。所谓超声波是指频率高20kHz的机械波，具有强度大、方向性好等特点，其一般由压电效应或磁致伸缩效应产生。

在恶劣施工环境中，现场实施监控对设备和人员都会带来很大影响，例如在钻井施工作业中，由于地面泥浆供给系统、井下地质条件、现场监控方式等方面的原因，可能造成泥浆池中的泥浆液位出现过低、过高的变化，或出现无泥浆情况，给钻井施工带来不安全因素，甚至造成施工中断、设备损坏，轻者延误生产进度，重者造成设备损坏或安全事故。因此，采用智能化远程监控设备，时时监控泥浆池中的液位变化，并根据钻井作业的现场需求，对泥浆池的液位进行及时的调整，确保钻井生产的安全运行具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供使用方便，能够有效的实现了对水线上液面实施监测预警，能够实现智能无线远程遥控的液位监测报警装置。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于超声波测距的液面监控报警装置，包括显示模块1、控制模块2、超声波模块3；所述超声波模块3与控制模块2连接，所述控制模块2与显示模块1连接；所述超声波模块3包括超声波发射模块31、超声波接收模块32；所述控制模块2包括档位控制电路模块21、用于超声波发射器发声的激励模块22、用于处理所接收超声波回波的信号处理模块23、用于接收超声波模块3的信号计算实际液面距离后与设定值进行比较的单片机24；所述单片机24的输入端与信号处理模块23的输入端相接，所述单片机24输出端与显示模块1连接；所述显示模块1用于显示当前距离信息和设定报警距离数值的显示屏，以及用于设定报警值的按键模块和用于发出警报的报警扬声器；其特征在于一种基于超声波测距的液面监控报警装置还包括无线接收/发射装置4和远程控制装置5，所述控制模块2与无线接收/发射装置4通过无线信号连接，所述远程控制装置5与无线接收/发射装置4通过无线信号连接。

本发明的优化，根据上述所述的一种基于超声波测距的液面监控报警装置，其特征为所述超声波发射模块31接收单片机24传递的所要发射的超声波持续时间的信息，超声波接收模块32向单片机24输送信息，控档位控制电路模块21接收单片机24传递的信号，并将该信号经过处理后发送回单片机24及超声接收模块32。

本发明的优化，根据最上面所述的一种基于超声波测距的液面监控报警装置，其特征为所述的超声波发射模块31、超声波接收模块32采用一体化设计，并具备防水探头。

本发明的优化，根据上述所述的一种基于超声波测距的液面监控报警装置，其特征为所述的超声波发射模块31包括：方波发射子模块312、发射放大子模块313、超声波发射子模块314，其中：方波发射子模块312与发射放大子模块313相连并传输方波信号，发射放大子模块313与超声波发射子模块314相连并传输经放大的方波信号。

本发明的优化，根据上上述所述的一种基于超声波测距的液面监控报警装置，其特征在于，其中所述的超声波接收模块32包括：超声波接收子模块321、接收放大子模块322、检波子模块323，其中：超声波接收子模块321与接收放大子模块322相连并传输接收到的超声波信号，接收放大子模块322与检波子模块323相连并传输放大的超声波信号。

本发明的优化，根据最上面所述的一种基于超声波测距的液面监控报警装置，其特征在于，所述的档位控制电路模块21包括：距离检测电路子模块211和档位控制子模块212，其中：所述单片机24与距离检测电路子模块211相连并传输脉冲信号，距离检测电路子模块211与档位控制子模块212相连并传输输出高电平信号，档位控制子模块212与单片机24相连并传输档位信息，同时档位控制子模块212还与接收放大子模块322相连并传输档位信息，单片机24根据接收的档位信息向方波发射子模块32传输所要发射的方波信号的持续时间，接收放大子模块322根据接收的档位信息确定回波信号的放大倍数。

本发明的优化，根据最上面所述的一种基于超声波测距的液面监控报警装置，其特征在于，所述的无线接收/发射装置4为wifi无线信号接收/发射器。

本发明的优化，根据最上面所述的一种基于超声波测距的液面监控报警装置，其特征在于，所述远程控制装置5为手机、计算机电脑。

本发明的优化，根据最上面所述的一种基于超声波测距的液面监控报警装置，其特征为所述显示模块1设有4枚微动开关作为输入按键，其中第一按键作为模式按键用来切换工作模式和设定模式以及切换数据位；第二按键作为加按键用来使所选数位的数值加1；第三按键作为减按键用来使所选数位的数值减1；第四按键作为静音按键用来取消报警信号。

本发明的优化，根据最上面所述的一种基于超声波测距的液面监控报警装置，其特征为所述的超声波发射模块31型号为HC-SR04，产生40kHz的超声波信号；档位控制电路模块21型号为AT89C52；所述显示模块1的显示屏型号为液晶显示器LCD1602；所述单片机24可多次编程，附带可擦写flash内存以及看门狗电路的stc12c5a60s2单片机。

目前在作业现场对液位的监控存在以下不足：第一、无任何监控设备手段，靠人工现场巡回检查，人工巡回检查泥浆池中的泥浆液位变化，一般也能达到监控的目的，但是因存在人员的机动性和疲劳性，会出现监控不及时不到位的情况，因此完全靠人工巡回检查存在很大的弊端和诸多的不便、并不符合现场控制的实际情况。第二、机械标尺监控设备采用纯机械标尺液位监控设备，在一定程度上减轻了人的劳动强度，可以在视距内观察泥浆池的液位变化，但不能达到超视距监控的目的；同时存在机械标尺易磨损精度下降或机械损坏、设备冬季结冰失灵无法使用等问题，机械标尺液位监控类设备仍然不能满足钻井的生产要求，基本上没有脱离人工监测的范畴。第三、人员实施现场巡回监控，给人员增加了工作强度，同时恶劣的工作环境也会对人体带来伤害。

与目前设置在现场作用存在的问题相比，本发明实现智能无线远程遥控的液位监测报警装置，基本上实现了无人值守和超视距监控的目的，大大的提高了工作效率，对控制模块2进行多个液位限定，设备能够事先设定液位报警参考数据，设备按设定的参数运行实现自动化无人操作的目的。另外本发明还具有下述的优点：

(1)实现方式的升级，由简单的机械装置升级为智能化的集成电路装置，大大降低了造价，提高了易用性。

(2)分离式的安装设计，结构简单，安装灵活方便，保证使用效果的同时提高了装置的可移植性，便于多方推广。

综上所述，本发明结构简单，设计新颖，可靠性强，使用效果好，易于推广。

附图说明

图1为本发明单片机的工作原理程序流程图；

图2为本发明一种基于超声波测距的液面监控报警装置的工作原理程序流程图；

图3为本发明的电子元件电路图；

图4为本发明电子组件连接方式示意图；

附图标记：显示模块-1、控制模块-2、档位控制电路模块-21、激励模块-22、信号处理模块-23、单片机-24、超声波模块-3、超声波发射模块-31、方波发射子模块-312、发射放大子模块-313、超声波发射子模块-314、超声波接收模块-32、超声波接收子模块-321、接收放大子模块-322、检波子模块-323、无线接收/发射装置-4、远程控制装置-5。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，现结合具体实施例和附图，对本发明进行进一步阐述。

参阅说明书附图1至图4，一种基于超声波测距的液面监控报警装置，包括显示模块1、控制模块2、超声波模块3；所述超声波模块3与控制模块2连接，所述控制模块2与显示模块1连接；所述超声波模块3包括超声波发射模块31、超声波接收模块32；所述控制模块2包括档位控制电路模块21、用于超声波发射器发声的激励模块22、用于处理所接收超声波回波的信号处理模块23、用于接收超声波模块3的信号计算实际液面距离后与设定值进行比较的单片机24；所述单片机24的输入端与信号处理模块23的输入端相接，所述单片机24输出端与显示模块1连接；所述显示模块1用于显示当前距离信息和设定报警距离数值的显示屏，以及用于设定报警值的按键模块和用于发出警报的报警扬声器；一种基于超声波测距的液面监控报警装置还包括无线接收/发射装置4和远程控制装置5，所述控制模块2与无线接收/发射装置4通过无线信号连接，所述远程控制装置5与无线接收/发射装置4通过无线信号连接。

所述超声波发射模块31接收单片机24传递的所要发射的超声波持续时间的信息，超声波接收模块32向单片机24输送信息，控档位控制电路模块21接收单片机24传递的信号，并将该信号经过处理后发送回单片机24及超声接收模块32。所述的超声波发射模块31、超声波接收模块32采用一体化设计，并具备防水探头。

所述的超声波发射模块31包括：方波发射子模块312、发射放大子模块313、超声波发射子模块314，其中：方波发射子模块312与发射放大子模块313相连并传输方波信号，发射放大子模块313与超声波发射子模块314相连并传输经放大的方波信号。

所述的超声波接收模块32包括：超声波接收子模块321、接收放大子模块322、检波子模块323，其中：超声波接收子模块321与接收放大子模块322相连并传输接收到的超声波信号，接收放大子模块322与检波子模块323相连并传输放大的超声波信号。

所述的档位控制电路模块21包括：距离检测电路子模块211和档位控制子模块212，其中：所述单片机24与距离检测电路子模块211相连并传输脉冲信号，距离检测电路子模块211与档位控制子模块212相连并传输输出高电平信号，档位控制子模块212与单片机24相连并传输档位信息，同时档位控制子模块212还与接收放大子模块322相连并传输档位信息，单片机24根据接收的档位信息向方波发射子模块32传输所要发射的方波信号的持续时间，接收放大子模块322根据接收的档位信息确定回波信号的放大倍数。

所述的无线接收/发射装置4为wifi无线信号接收/发射器；所述远程控制装置5为手机、计算机电脑。

所述显示模块1设有4枚微动开关作为输入按键，其中第一按键作为模式按键用来切换工作模式和设定模式以及切换数据位；第二按键作为加按键用来使所选数位的数值加1；第三按键作为减按键用来使所选数位的数值减1；第四按键作为静音按键用来取消报警信号。

所述的超声波发射模块31型号为HC-SR04，产生40kHz的超声波信号；档位控制电路模块21型号为AT89C52；所述显示模块1的显示屏型号为液晶显示器LCD1602，显示界面简洁，功耗控制优异，有背光灯，黑暗处也可以显示信息；所述单片机24可多次编程，附带可擦写flash内存以及看门狗电路的stc12c5a60s2单片机，从而具备自动重启和记忆数据设定的功能。

本发明基于单片机的系统结构框图，包括用于发出和接受超声波的一体化探头、超声波激励以及回波信号处理模块、显示设备、按键模块、声光报警器、看门狗模块以及由STC单片机系统。一体化探头与超声波激励及回波信号处理模块进行双向信号交换，信号处理模块与单片机进行双向数据交换。单片机从信号处理模块获得的数据经过计算处理获得距离数据，可单向传输显示在显示设备上，若有报警需要，可以控制声光报警器的开启。按键模块可以向单片机系统发出用户操纵指令，进行报警数值的设定操作。看门狗模块通过对单片机状态的监控可以防止可编程单片机程序跑飞，提高稳定性。

如说明书附图1所示，系统加电或者复位后，单片机首先进行自检初始化操作，包括初始化液晶屏，读取F1ash中存储的数据来初始化报警数值，初始化内部定时器，初始化数据端口以及初始化看门狗，以上初始化完成后进入循环操作。循环操作包括按键扫描和超声波测距流程。

在按键扫描的流程中，单片机首先判断目前的工作状态，若在测距模式中，则扫描模式按键S2是否触发，若触发则进入设置模式，暂停测距指令的发送，控制液晶显示十位数值闪烁，表示进入设置模式。在设置模式中若检测到设置模式按键S2触发，则依次按十位、个位、十分位、百分位改变闪烁数位，表示此时可更改的数位。在设置模式中若检测到加按键S3触发，此时被选中的数位上的数字加一，其中若为9则归零。在设置模式中若检测到减按键S4触发，此时被选中的数位上的数字减一，其中若为0则变为9。若检测到静音按键S5触发，如果此时警报器为开，则关闭警报器。

超声波测距流程如图2所示，定时器按设定的时间间隔给出信号，发出超声波。计时器开始计时，等待回波。若等待时间过长则表示距离超出测量范围，重新进行新一轮测量流程。若收到回波，则停止计时器，获得超声波发出和收回的的时间间隔。通过计算获得探头与测量面的距离，显示在液晶屏上。接着判断测量距离是否小于设定报警值，若连续多次小于则确定液面超出警戒水位，触发声光报警器。若非则不触发报警。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述仅为本发明的优选例，本发明并不受上述优选例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还可有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。