超声波液位计测量方式研究与探讨 二十三

4．2系统软件设计

系统整个软件采用模块化结构设计，将各功能模块设计成独立的编程调试程序块，这样不仅有利于功能的扩展，而且便于调试和连接，更有利于程序的移植和修改。

系统软件从功能上分为主程序和中断子程序，主程序完成系统初始化后进入掉电模式，任何其它处理任务均看作为中断事件，将单片机从休眠状态唤醒，然后完成计算和数值存储，执行之后再次进入掉电模式。

对于整个主程序和复杂的中断处理程序，又划分为若干模块进行程序的模块化设计，其中包括初始化模块、电压监控模块、测量模块、计算模块、参数处理模块、显示模块及通讯模块等。

4．2．1系统主程序

系统主程序主要完成一些内部模块和寄存器的设置、数值计算及存储功能，其余时间处于休眠状态，等待测量、通讯等程序的中断唤醒。这样单片机大部分时间都处于休眠状态，可大大降低功耗。

系统开始工作后，单片机首先执行上电复位操作，然后进行系统初始化。初始化完成后首先查询电压是否正常，若电压不足，则发出低压报警，提醒为充电电池充电或转为交流电源供电；随后查询是否有键按下，若有按键则进入参数设置子程序，对工业现场环境参数进行重置，需要键入的参数包括探头与容器底部的距离、两探头之间的距离等：接着查询是否有上位机通讯，若有则进入通讯子程序，向上位机传送所测液位数据；在超声波液位计长时间连续测量时，如果液位变化不太快，在不影响测量要求的情况下，为了节能，设定每隔4s测量一次，也可根据实际测量中液位变化情况合理设置测量时间间隔。测量完成后，将测量结果显示输出。

4．2．2测量子程序

测量子程序是整个软件的核心，它控制超声波的发射和接收电路的启动以及液位数据的计算等。由于本设计中，有两个回波信号，所以采用单片机双定时器中断计时。系统进入测量子程序后，控制单片机首先发出一组40kHz的方波，同时启动定时器TO和T1工作，并延时lms后打开接收电路，当接收电路有信号输入时，对输入信号进行处理，判断信号的真伪，若信号为真，则停止定时器TO，根据挡板回波时问计算实际超声波声速；在再次有回波中断后，停止定时器T1，根据液面回波时间和超声波实际声速计算液位高度。

挡板的反射回波到达接收探头后，给单片机一个外部中断信号，停止定时器，据此计算出实际声速V；液面反射回波到达接收探头后，单片机停止定时器T1，计算出实际液位高度h，并采用测量5次求平均值的方法进一步减小测量误差。最后将计算出的液位高度值输出显示。另外，计算出的液位高度值，如果低于／等于最低液位或高于／等于最高液位，则发出报警。

与温度补偿法相比，此方法利用软件功能简化硬件电路，更加简单方便，是新型仪表的发展趋势。由于发射超声波后有1ms的延时，所以以声速为340m／s计算，测量盲区为34cm，因此挡板与探头之间的距离应大于34cm。

从抗干扰的角度，接收电路并不是在超声发射一开始就打开的，而是根据超声回波预期最早和最晚到达时间设置一个接收范围门。首先，根据声路长度来估算一个脉冲最早和最晚可能到达的时刻，在最早时间的0．6倍处打开接收电路，这样一方面可以防止发射超声直接耦合到接收换能器中，另一方面可以排除开关动作带来的干扰；然后通过设置软件延时，在最晚到达时间1．5倍处关闭接收电路。

在本设计中，由于有挡板的存在，使得声路最短长度受到限制。

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