因为超声波在液柱内会产生多次反射,而我们只需要第1反射波,因此在对完成第1反射波处理后,就必须立刻停止计数,这部分由控制电路完成。

3.3 脉冲计时电路

控制系统采用MCS-51系列单片机,当单片机采用12 MHz晶振时,其最高记数频率为500 kHz,而超声波记时系统采用的是24 MHz高频脉冲,因此通过74LS393把24MHz高频脉冲进行256分频后变成93.75 kHz,再送给单片机计数,见图5。

在读取时钟脉冲数时,由74LS393读取低8位,高16位由单片机内部记数器读取,这样记数值可达到二进制24位。理论计算最大测量水柱高度为:

4、 软件设计

该系统的软件设计着重解决实时和同步问题。首先,在发射超声波的同一时刻启动计数器计数;其次,接收到第1反射波的同时,立刻停止计数器计数;再次,由于发射和接收是同一超声波换能器,所以超声波的发射端和接收放大电路的输入端连接在同一点,在发射波发出的同时,接收放大电路同样收到发射信号,如不采取措施,会误将发射波当做有效的反射波,计数器在启动的瞬间就会被关闭,造成误操作,所以此时要采取必要的措施,对放大器的输入端进行屏蔽处理。

另一方面,发射的电脉冲信号有一定的宽度,对超声波的激励是利用发射脉冲的前沿,加之电路存在延时效应,根据上述情况,应在发射后的一段时间内需要屏蔽放大电路的输入端,延时一段时间后再开放,以免误触发。因此,从发射信号到开放接收电路之间产生一个固定的时间差,必然存在一个测量死区,当液位高度小于死区高度时是无法测量的。