超声波液位传感器

基于Arduino Mega 2560芯片的开发，超声波传感器HC-SR04和3.2 TFT LCD显示屏。工作原理简单。例如测量水位。设备向液体发送超声波脉冲。根据水的声阻抗为150*10^4 Pa*s/m，空气的声阻抗为417 Pa*s/m，从水面反射的超声波占总声阻抗的99.99%入射波并撞击到超声波接收器。通过计算反射系数R=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）得到该值，其中Z1=417 417 Pa*s/m-空气声阻抗，Z2=150*10^4 Pa*s/m-水声阻抗。然后R=（（150*10^4）-417）/（（150*10^4）+417）=0，99对于设备的操作，水箱中的水必须是平静的（固定的水箱）。如果液体会飞溅，它可能会溅到超声波传感器上并损坏它。为防止这种情况，必须使用改进版的传感器。为了防止水溅到传感器上，安装了橡胶盖板。橡胶的声阻抗略高于对空气–600 Pa*s/m进行计算。R=（600-417）/（600+417）=0,18反射波为落波的18%。通过橡胶的超声波密度为原波的82%。在水的反射下，密度几乎不变。为了简化，让反射波的功率为原波的82%。当波第二次通过橡胶（回到接收器）时，它损失了18%的功率。82-18%=67,24在接收器的输出处，波的密度达到原始波功率的67.24%。C-SR04接收器配置为接收该波功率（原始波的67.24%），然后进行类似的测量。该装置以百分比表示油箱的填充。我们在1.5米的水箱高度下设计的。因此，当水位为0.75米时，显示器显示50%。如果需要，输出结果可以用体积或重量单位表示。设计的装置从六个油箱读取数据，并计算总的填充百分比________________________________Данная разработка базируется на чипе Arduino Mega 2560，ультразвуковом датчике HC-SR04型и 3.2 TFT液晶显示器дисплее.Принцип работы очень прост. Рассмотрим на примере измерения уровня воды.Прибор посылает ультразвуковой импульс в сторону жидкости. Так как удельное акустическое сопротивление воды составляет 150*10^4 Па*с/м а воздуха 417Па*с/м то ультразвуковая волна отразится от поверхности воды и с плотностью в 99,99% падающей волны попадет в УЗ приемник. Данное значение получено из расчета коэффициента отражения.R=（Z2-Z1）/（Z2+Z1），где Z1=417Па*с/м – акустическое сопротивление воздуха, Z2=150*10^4Па*с/м – акустическое сопротивление воды. Тогда R=（（150*10^4）-417）/（（150*10^4）+417）=0,99Данное устройство рассчитано на спокойное состояние жидкости в баке (стационарные баки). Если жидкость будет плескаться она может попасть на УЗ датчик и испортить его. Чтобы это предотвратить нужно использовать модифицированную версию датчика. Для защиты от водяных брызг на датчик устанавливается резиновая накладка. Акустическое сопротивление резины немного выше чем у воздуха – 600Па*с/м. Проведем расчетR=（600-417）/（600+417）=0,18Отраженная волна составит 18% от падающей.УЗ волна проходит резину и на выходе составляет 82% плотности от исходной. При отражении от воды плотность почти не меняется. Для упрощения пускай мощность отраженной от воды волны будет равна 82%. При прохождении резины второй раз (на приемник) теряется еще 18% плотности волны 82-18%=67,24. На выходе на приемник плотность волны составит 67,24% от исходной. Приемник HC-SR04型настраивается на прием волны данной мощности (67,24% от исходной) и дальше измерение проходит аналогично .Устройство запрограммировано таким образом, что показывает наполненность бака в процентах. Мы проектировали его под бак высотой 1,5м. Поэтому при уровне воды 0,75м на экране высветится 50%. При необходимости можно запрограммировать вывод результата в единицах объёма или массы.Прибор, который проектировался, считывает данные с шести баков и высчитывает общий процент заполнения.