超聲波液位計測量方式研究與探討 二十三

4．2系統軟件設計

系統整個軟件采用模塊化結構設計，將各功能模塊設計成獨立的編程調試程序塊，這樣不僅有利于功能的擴展，而且便于調試和連接，更有利于程序的移植和修改。

系統軟件從功能上分為主程序和中斷子程序，主程序完成系統初始化后進入掉電模式，任何其它處理任務均看作為中斷事件，將單片機從休眠狀態喚醒，然后完成計算和數值存儲，執行之后再次進入掉電模式。

對于整個主程序和復雜的中斷處理程序，又劃分為若干模塊進行程序的模塊化設計，其中包括初始化模塊、電壓監控模塊、測量模塊、計算模塊、參數處理模塊、顯示模塊及通訊模塊等。

4．2．1系統主程序

系統主程序主要完成一些內部模塊和寄存器的設置、數值計算及存儲功能，其余時間處于休眠狀態，等待測量、通訊等程序的中斷喚醒。這樣單片機大部分時間都處于休眠狀態，可大大降低功耗。

系統開始工作后，單片機首先執行上電復位操作，然后進行系統初始化。初始化完成后首先查詢電壓是否正常，若電壓不足，則發出低壓報警，提醒為充電電池充電或轉為交流電源供電；隨后查詢是否有鍵按下，若有按鍵則進入參數設置子程序，對工業現場環境參數進行重置，需要鍵入的參數包括探頭與容器底部的距離、兩探頭之間的距離等：接著查詢是否有上位機通訊，若有則進入通訊子程序，向上位機傳送所測液位數據；在超聲波液位計長時間連續測量時，如果液位變化不太快，在不影響測量要求的情況下，為了節能，設定每隔4s測量一次，也可根據實際測量中液位變化情況合理設置測量時間間隔。測量完成后，將測量結果顯示輸出。

4．2．2測量子程序

測量子程序是整個軟件的核心，它控制超聲波的發射和接收電路的啟動以及液位數據的計算等。由于本設計中，有兩個回波信號，所以采用單片機雙定時器中斷計時。系統進入測量子程序后，控制單片機首先發出一組40kHz的方波，同時啟動定時器TO和T1工作，并延時lms后打開接收電路，當接收電路有信號輸入時，對輸入信號進行處理，判斷信號的真偽，若信號為真，則停止定時器TO，根據擋板回波時問計算實際超聲波聲速；在再次有回波中斷后，停止定時器T1，根據液面回波時間和超聲波實際聲速計算液位高度。

擋板的反射回波到達接收探頭后，給單片機一個外部中斷信號，停止定時器，據此計算出實際聲速V；液面反射回波到達接收探頭后，單片機停止定時器T1，計算出實際液位高度h，并采用測量5次求平均值的方法進一步減小測量誤差。最后將計算出的液位高度值輸出顯示。另外，計算出的液位高度值，如果低于／等于最低液位或高于／等于最高液位，則發出報警。

與溫度補償法相比，此方法利用軟件功能簡化硬件電路，更加簡單方便，是新型儀表的發展趨勢。由于發射超聲波后有1ms的延時，所以以聲速為340m／s計算，測量盲區為34cm，因此擋板與探頭之間的距離應大于34cm。

從抗干擾的角度，接收電路并不是在超聲發射一開始就打開的，而是根據超聲回波預期最早和最晚到達時間設置一個接收范圍門。首先，根據聲路長度來估算一個脈沖最早和最晚可能到達的時刻，在最早時間的0．6倍處打開接收電路，這樣一方面可以防止發射超聲直接耦合到接收換能器中，另一方面可以排除開關動作帶來的干擾；然后通過設置軟件延時，在最晚到達時間1．5倍處關閉接收電路。

在本設計中，由于有擋板的存在，使得聲路最短長度受到限制。

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