来源：《电子产品世界》

摘要：阐述了超声波非接触液位计测量的原理，给出了硬件电路和软件编程的设计方法，对其应用也作了简单介绍。 关键词：aduc812芯片、超声波、液位、非接触

1.概述

随着电子技术、计算机技术以及大规模集成电路芯片技术的飞速发展，超声测距技术也日臻成熟。于九十年代初，国内开始将超声测距技术应用于河流、湖泊、水、渠等水体的水位测量中及其油、浆等液体的液位测量之中，并开始发挥其重要作用。

aduc812是adi公司99年开发面市的新一代、带有嵌入式闪速mcu的多通道12位a/d转换器，用aduc812作为核心，加上超声波发、收电路以及存储、显示等电路所组成的超声波非接触液位计，不仅减小了仪器的体积，更增加了仪器的可靠性、稳定性和实用性。

2.aduc812芯片特性

图1是aduc812内部功能框图，该芯片具有与8051兼容的内核，额定工作频率为12mhz（最大为16mhz），3个16位定时器/计数器，32条可编程的i/o口线，端口3具有高电流驱动能力，9个中断源并有2个优先级。芯片内集成有8k字节闪速/电擦除程序存储器，640字节闪速/电擦除数据存储器，片内充电泵（不需要外部vpp ）；256字节片内数据ram，16m字节外部数据地址空间，64k字节外部程序地址空间。在摸拟输入输出方面：片内集成有8通道、高精度的12位a/d，片内40ppm/℃电压基准，采样速率达200ksps，dma控制的高速a/d至ram捕获，2个12位电压输出d/a，片内温度传感器功能。在电源方面，芯片可用3v或5v供电，并有正常、空闲和掉电三种工作摸式。片上还集成有：uart输入/输出口，双线（i2c兼容）和spi串行i/o口，看门狗定时器和电源监控电路。

3.测量原理

超声波非接触液位计的测量原理如图2所示：由cpu控制超声发射电路，通过超声传感器发射超声脉冲波，该脉冲波遇到被测液面（水面）后，反射到超声传感器，cpu通过测计发射、接收之间超声波往返的传播时间t（秒），来计算测量距离h，图2中：

h=1/2·vt （米）

v 为空气中的声速，其近似公式为：

v=331.45+0.61t （米/秒）

t为测量时的气温（℃），可以在测量距离的同时测量气温来进行对声速的修正。

图2中设传感器安装高程为h0（可在安装传感器时测得），则液位h可用下式算得：

h=h0-h=h0-1/2·vt （米）

本液位计时间测量精度为微秒级，温度测量精度为0.1℃，由此产生的液位测量误差经分析计算为1厘米。

4.硬件电路设计

根据液位测量原理及aduc812的特性, 非接触超声波液位计的电路组成如图3所示：主要有单片机控制系统，时钟值班电路，超声波发射、接收电路，键盘显示等部分组成。

单片机控制系统 以aduc812为核心，控制液位计测量、运算处理、显示、打印、向外传送数据等。设计6位lcd液晶显示器用来显示液位和参数值，用tpup-16微型打印机记录测量时的时间、液位；设计有256kb×8字节的自带电池保护的非易失数据存储器sram，用来存储时间及液位；超声传感器的安装高程、时钟及测量、打印、存储液位的时间间隔等参数都是通过4个功能键置入的。为提高液位计的可靠性，设计有上电复位、手动复位及自复位（利用aduc812内部的看门狗定时器）；为了能适时向外传送测量结果，液位计设计有与无线数传电台及有线的rs-232接口，便于用户配接。