基于单片机的超声波油位测量仪的研究和实现

论文摘要

本文介绍一款为中小型石油开采企业开发的一套超声波油位测量仪,用于监测采油厂油井原油的产量。超声波油位测量仪以单片机系统为核心,利用超声波作为信息检测手段,以实现采油厂储油罐中的油位检测,并对测量数据进行分析处理。使用超声波油位测量仪实现现场测量,可以减少测量过程中的人工干预,方便了工作人员对油位检测的实时监控。超声波油位测量仪由硬件电路与软件程序两大部分组成。硬件电路包含了超声波发射电路、接收电路、温度测量电路,电源供电电路,处理器外围电路。软件程序包含超声波驱动程序,温度采集程序,软件滤波算法程序,通信驱动程序等。软件采用模块化设计思想,这种设计思想使得程序结构清晰,具有更高的运行效率与稳定性,也有利于程序的调试和修改。由于储油罐的横截面积很大,当高度发生微小变化时,原油储量却发生很大变化,因此,提高超声波油测量仪的测量精度很重要。另外,各种干扰因素也会使得超声波实测数据与实际数据不一致,测量数据还有可能会发生异常波动。为了获得稳定准确的测量结果,本文先从硬件方面介绍提高油位测量仪的性能,然后介绍通过软件方法进行数据处理。关于软件处理方法,是先从原始测量数据中剔除越界数据,再利用平均值法进行处理,最后使用最小二乘法对超声波油位测量仪的测量数据进行了分析,建立数学模型,并编程实现。取得了很好的测量效果。利用计算机技术和超声波检测技术研制出来的超声波油位测量仪,具有非接触性、自动控制、测量精度高、成本低廉、功能强大等优点。有广泛的应用前景和使用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 储油罐液位检测计量仪表现状
• 1.3 超声波油位测量仪的研究目的及意义
• 1.4 超声波油位测量仪的研究内容
• 1.4.1 课题背景
• 1.4.2 陕西延长油田公司
• 1.4.3 《远程油位监测量系统》
• 1.4.4 超声波油位测量仪
• 2 超声波油位测量仪设计方案分析
• 2.1 选择测量方法
• 2.2 超声波探头的选型
• 2.3 处理器的选择
• 2.4 通信方法
• 2.5 通信协议
• 2.6 软件算法选择与应用
• 2.7 超声波油位测量仪测量原理
• 2.7.1 测量原理
• 2.7.2 超声波油位测量仪的理论分析
• 3 超声波油位测量仪的设计
• 3.1 硬件电路设计
• 3.1.1 超声波驱动电路设计
• 3.1.2 串口通信电路设计
• 3.1.3 处理器外围电路设计
• 3.1.4 电源部分设计
• 3.1.5 测温电路设计
• 3.2 软件设计
• 3.2.1 超声波驱动程序模块
• 3.2.2 串口通信驱动程序模块
• 3.2.3 带通滤波算法程序
• 3.2.4 平均值算法程序
• 3.2.5 利用最小二乘法获取经验方程
• 4 超声波油位测量仪实现
• 4.1 硬件电路
• 4.1.1 超声波发射电路
• 4.1.2 超声波接收电路
• 4.1.3 串口通讯电路
• 4.1.4 其他部分
• 4.1.5 电源部分
• 4.1.6 温度测量电路
• 4.2 软件部分
• 4.2.1 主程序
• 4.2.2 温度测量
• 4.2.3 超声波一次测量程序模块
• 4.2.4 带通滤波算法程序
• 4.2.5 平均值滤波算法程序
• 4.2.6 最小二乘法程序
• 4.2.7 串口通信
• 5 超声波油位测量仪实际测量效果
• 5.1 超声波发射信号
• 5.2 超声波发射信号与返回波信号叠加后的实验效果
• 5.3 油位测量仪从串口发出的测量结果
• 5.4 油位测量仪实物
• 6 超声波油位测量仪的后续开发与改进
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献