[導(dǎo)讀] 紹了一種明渠污水流量計(jì)的設(shè)計(jì)。采用超聲波傳感器，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，并提出了抑制干擾的方法。

 

      1 明渠污水流量測(cè)量的基本方法

 

      工業(yè)污水一般經(jīng)明渠排放，其流量測(cè)量的一般方法是在污水排放口安裝特殊結(jié)構(gòu)的測(cè)量槽，通過測(cè)量槽的液位即可計(jì)算出瞬時(shí)流量，進(jìn)而算出累計(jì)流量?？梢娒髑髁繙y(cè)量的關(guān)鍵是液位的測(cè)量。以常見的巴歇爾槽為例，其流量的計(jì)算公式如下：

 

      Q=1.541*H1.53B*10-3/60

 

      Q——瞬時(shí)流量（m3/s），H——液位（mm）。

 

      2 超聲波傳感器的基本特性

 

      常見的液位傳感器有磁浮筒式、壓力式等，磁浮筒式傳感器要安裝在被測(cè)介質(zhì)中，長時(shí)間使用易被腐蝕，而壓力傳感器輸出線性較差且成本較高。超聲波傳感器的特點(diǎn)是使用時(shí)與液面脫離接觸，無腐蝕問題，且價(jià)格低廉。超聲波傳感器由控制卡及換能器構(gòu)成，如圖1。

 

 

 

      其外部特性如圖2所示。其工作原理是，每當(dāng)在“控制信號(hào)”端加—正脈沖（寬度0.2ms），控制卡便通過換能器發(fā)一束超聲波，當(dāng)超聲波遇被測(cè)污水反射后又被換能器接收，控制卡便通過“邏輯輸出端輸出—“返回脈沖。通過計(jì)量“控制信號(hào)”到“返回脈沖”之間的時(shí)間T便可按下式計(jì)算出換能器距被測(cè)污水表面的距離H，由于安裝時(shí)換能器固定在污水的上方（高度不變），因此，換能器距污水底部的距離HO（其值已知）減去H即為污水液位H1。

 

 

 

      H=I/（2*v*T）

      Hl=HO- H

 

      其中：v=344m/s 為聲波的傳播速度，T為聲波傳輸時(shí)間?？梢姡覀兛赏ㄟ^單片機(jī)測(cè)出T，進(jìn)而算出H1。

 

      3 流量計(jì)的工作原理

 

      根據(jù)超聲波傳感器的特性，采用單片機(jī)作為整個(gè)流量計(jì)的控制器，系統(tǒng)的硬件原理圖如下：

 

 

 

       圖3中，單片機(jī)8031、74373和2764組成單片機(jī)核心電路，8255為顯示電路接口，DS1220為不揮發(fā)RAM。用其存儲(chǔ)流量可保證斷電后流量不丟失。工作時(shí)8031每隔一個(gè)采樣周期先啟動(dòng)定時(shí)器T1，然后通過PIO引腳向控制卡發(fā)控制信號(hào)，換能器發(fā)—聲波經(jīng)被測(cè)污水反射由換能器接收，控制卡的邏輯輸出端輸出—脈沖，脈沖信號(hào)經(jīng)過或門進(jìn)入INTO腳，引起中斷請(qǐng)求。在中斷服務(wù)程序中從定時(shí)器中取出定時(shí)值，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的液位。由于傳感器在發(fā)出聲波后，在4MS以內(nèi)會(huì)產(chǎn)生無用的盲區(qū)脈沖，所以在PIO向控制卡發(fā)控制脈沖的同時(shí)，通過P11腳發(fā)一個(gè)4ms的高電平封鎖信號(hào)，防止“盲區(qū)脈沖”通過或門進(jìn)入INTO引腳。

 

      由于污水表面有各種漂浮物，會(huì)產(chǎn)生“漂浮物干擾”，使液位產(chǎn)生誤差，因此在軟件設(shè)計(jì)中必須采用相應(yīng)抗干擾措施?？紤]液位變化慢的特點(diǎn)，在軟件設(shè)計(jì)中采用“限速濾波”。利用8031的定時(shí)器TO獲得100ms定時(shí)基準(zhǔn)，再獲得3s的采樣周期，每隔一個(gè)采樣周期獲得一個(gè)采樣Hi，每次獲得采樣值后都對(duì)其進(jìn)憲“限速濾波”。設(shè)最近三次采樣值分別為H1、H2、H3，本次濾波值為Hn，上次濾波值為Hn- I，則濾波算法如下：

 

      若| H3- Hn- 1 |≤△H，則Hn=H3；

      若| H3- H2 |≤△H，且| H2- H1 |≤△H，則Hn=H3

      否則，Hn=Hn- 1。

 

      其中△H為根據(jù)實(shí)際情況經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定的液位變化值。此算法經(jīng)實(shí)踐證明可有效濾除“漂浮物干擾”。8031的定時(shí)器TI作為對(duì)超聲波往返時(shí)間的計(jì)時(shí)器，每個(gè)計(jì)數(shù)值代表2ms。限于篇幅，控制程序就不在此給出。

 

      4 結(jié)束語

 

      采用超聲波傳感器的明渠污水流量計(jì)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行性能良好，在精度、穩(wěn)定性等主要技術(shù)指標(biāo)方面均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

 

      參考文獻(xiàn)

 

      [1] 李純樸.明渠流量測(cè)量原理[z].北京：水利科學(xué)出版社.1980

      [2] 李華.MCS—51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[z]北京：北京航空航天大學(xué)出版杜，1993