昆山科爾源儀器儀表有限公司
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閱讀：25發(fā)布時間：2025-7-3
1 引言
近年來，激光雷達因具有測量速度快、測程遠(yuǎn)、測距精度高、方向性好、造價適中等優(yōu)點而受到廣泛重視。激光調(diào)制波的強度大，有利于遠(yuǎn)處目標(biāo)的距離測量，保證了很好的測距方向。利用激光測距原理簡單，即通過測量激光往返目標(biāo)所需時間來確定目標(biāo)距離[5]，使它成為距離檢測的主要手段。近年來，隨著工業(yè)調(diào)節(jié)技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，流量計的應(yīng)用范圍不斷擴大。當(dāng)前國產(chǎn)流量計存在精度不高和重復(fù)性差、應(yīng)用范圍有限等問題，為此我們研制出激光明渠流量計，它和傳統(tǒng)的機械式流量儀表、電磁式流量儀表相比，可應(yīng)用在經(jīng)明渠排放的工業(yè)污水流量檢測。這種非接觸式測量技術(shù)將具有更大的應(yīng)用潛力。
2 測量原理
明渠流量計是應(yīng)用激光來測量明渠流量的。明渠流是指流體在地心引力的作用下沿明渠形成的重力流動。其特點是明渠具有自由表面，自由表面上各點壓強均為大氣壓強，相對壓強為零。因此明渠流又稱為無壓流或重力流。測量明渠的流量必需使用專用渠道量（如槽、堰等）。工業(yè)和公用事業(yè)常用的明渠流量儀表按測量原理大體可分為堰法、測流槽法、流速-水位計算法和電磁流量計法[2，3，4]。
堰（weir）法：在明渠適當(dāng)位置裝一擋板，水流被阻斷，水位升到檔板上端堰口，便從堰口流出。水流剛流出的流量小于渠道中原來的流量，水位繼續(xù)上升，流出流量隨之增加，直到流出量等于渠道原流量，水位便穩(wěn)定在某一高度，測出水位高度便可求取流量。
明渠流量計中使用最多是堰式流量計和槽式流量計，通過測出堰槽內(nèi)堰頂水頭高度h，采用流量計算公式（1）、（2）可得到流量。
湯姆森公式：
Q=1.4H2.5
適用范圍為h=0.05～0.18m，范圍較窄。
斯特里克蘭公式：
(2)
適用范圍為
則一段時間內(nèi)的累積流量為：
式中Q為流體單位時間的流量，經(jīng)過積分后求得的為時間t1～t2時間段內(nèi)的累積流量。
激光傳感器安裝在堰槽上方[6-7-8]，如圖1所示。AT89C52單片機利用RS232C串行通訊向激光測距傳感器（DLS2A15）通過按鍵發(fā)測距命令（“g、n"）。傳感器接收此命令向被測液體發(fā)射一束光信號，經(jīng)液面反射回的光信號在傳感器內(nèi)部被轉(zhuǎn)換為一序列號碼，若成功返回代碼為31..06+xxxxxxxx，然后再經(jīng)RS232C串行通訊將返回的數(shù)據(jù)給AT89C52接收。如是3則先讓出6個標(biāo)志位“31..06"，再接收8位數(shù)據(jù)位，本系統(tǒng)中距離是米且精確到1/10mm，所以有效數(shù)是從第2位至第6位，通過程序?qū)⑵浞蛛x出來后的4位數(shù)（米、分米、厘米、毫米）即為測得的距離值，即傳感器到液面的高度H，由公式4即可求得h。
h=H2-H-hα（4）
h堰頂水頭，hα為堰高，H為探頭到液面的距離，H2為探頭到堰底的距離。
3 系統(tǒng)的構(gòu)成
激光流量計的組成如圖2所示。
3.1 總體設(shè)計思想
本系統(tǒng)主程序由各芯片初始化和按鍵循環(huán)兩大部分組成（系統(tǒng)流程圖如圖3所示），按鍵部分是一個條件為真的循環(huán)語句。當(dāng)程序運行按鍵部分時，系統(tǒng)將在此循環(huán)等待鍵按下，如果有鍵按下，則根據(jù)事先的定義（將五個按鍵定義成1～5的數(shù)值）判斷是哪個鍵按下，執(zhí)行相應(yīng)的工作狀態(tài)。
在系統(tǒng)剛開始工作時，焦點設(shè)在系統(tǒng)狀態(tài)燈處，此時按向下鍵可以調(diào)整系統(tǒng)的工作狀態(tài)（包括一次測距、多次測距、設(shè)置時間、設(shè)置傳感器到地面的距離、設(shè)置測量誤差范圍）。在系統(tǒng)以后的運行中，向下鍵可根據(jù)系統(tǒng)標(biāo)志位的不同，進行不同的加1作用。OK鍵負(fù)責(zé)確定所選的工作狀態(tài)。當(dāng)選擇好工作狀態(tài)后，在系統(tǒng)狀態(tài)顯示燈處將顯示當(dāng)前工作狀態(tài)所對應(yīng)的數(shù)值（一次測距數(shù)值為1，多次測距數(shù)值為2，設(shè)置時間數(shù)值為3，設(shè)置傳感器到地面之間的距離/誤差范圍數(shù)值為4），如果此后OK鍵被按下，則此時的工作狀態(tài)開始生效，并將當(dāng)前工作狀態(tài)所對應(yīng)的數(shù)值送入程序中設(shè)立的系統(tǒng)標(biāo)志位中，系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)標(biāo)志位中的內(nèi)容開始調(diào)用相應(yīng)的工作狀態(tài)子程序。
系統(tǒng)鍵則是本系統(tǒng)中的一個復(fù)位鍵，按下系統(tǒng)鍵，工作狀態(tài)將返回系統(tǒng)初始時的狀態(tài)。
在本系統(tǒng)中增加了一項多次測距的工作狀態(tài)，當(dāng)選定多次測距工作狀態(tài)時，系統(tǒng)將一直調(diào)用測距的子程序，只有當(dāng)系統(tǒng)鍵再次按下時此工作狀態(tài)才能截止，其它鍵按下無效。
向左和向右鍵在系統(tǒng)剛開始工作時被按下無效，不影響系統(tǒng)的工作狀態(tài)，程序?qū)⒎祷厣弦患壚^續(xù)等待鍵按下。在設(shè)置時間和設(shè)置傳感器到地面之間的距離/誤差范圍時，向左鍵、向右鍵開始生效，向左鍵和向右鍵負(fù)責(zé)向左和向右調(diào)整需要修改的位（即選定焦點位），此時向下鍵則負(fù)責(zé)在當(dāng)前焦點位上進行數(shù)值加1，當(dāng)修改好數(shù)值后按下OK鍵，系統(tǒng)將選定當(dāng)前修改后的數(shù)值加以顯示并等待下一個按鍵的按下。
3.2 通訊電路設(shè)計過程
通訊電路主要完成電平的轉(zhuǎn)換與信息的傳遞。本系統(tǒng)的通訊電路為單片機與激光測距傳感器之間的通信，主要是依靠單片機的串行通信功能得以實現(xiàn)。DLS2A激光傳感器的接口為D型接口，在本系統(tǒng)中選用RS232作為與單片機相連的接口，連接圖如圖4所示。
AT89C52單片機的片內(nèi)串行口是一個全雙工的異步串行通信接口，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，串行口的接收和發(fā)送都是通過對特殊功能寄存器SBUF的訪問實現(xiàn)的。CPU對SBUF執(zhí)行寫操作即可發(fā)送數(shù)據(jù)，也可接收數(shù)據(jù)。本設(shè)計通過單片機向傳感器發(fā)送測距命令“g/n"來完成發(fā)送數(shù)據(jù)，即單片機通過判斷測距命令字符數(shù)組“g/n"中的字符是否等于‘/n’來確定發(fā)送是否結(jié)束，如兩個字符相等則發(fā)送測距命令完成，并將送到數(shù)據(jù)緩沖器SBUF中通過串行口的TXD給激光測距傳感器的RXD接收。而接收方案本設(shè)計通過判斷串行通信控制器SCON的接收中斷結(jié)束標(biāo)志RI來實現(xiàn)對返回數(shù)據(jù)的接收。即本系統(tǒng)通過判斷接收是否超時，如超時則重新發(fā)測距命令；不超時則接收數(shù)據(jù)并判斷個接收的是否是3，如是3則先讓出6個標(biāo)志位“31..06"，再接收8位數(shù)據(jù)位，但是本系統(tǒng)中距離是米且精確到1/10mm，所以有效數(shù)是從第2位至第6位，通過程序?qū)⑵浞蛛x出來后的4位數(shù)（米、分米、厘米、毫米、1/毫米）即為測得的距離值。精度問題是我們研制流量計時一直關(guān)心的問題，所測液位的最小分辨率為0.1mm。
4 結(jié)束語
利用激光傳感器測距在當(dāng)前各領(lǐng)域中以被廣泛應(yīng)用。本課題利用激光測距傳感器DLS2A作為激光的發(fā)射源，該傳感器的在于其內(nèi)部具有*的運算能力，通過RS232口可直接將測得實際距離的數(shù)值傳送給單片機。然后，單片機通過MAX7129芯片驅(qū)動LED顯示器將測出的流量實時的顯示出來。此外，在整個系統(tǒng)中增加了一個按鍵控制部分，操作人員可通過按鍵控制系統(tǒng)的多種工作狀態(tài)，整個系統(tǒng)設(shè)計簡單，操作方便，測距準(zhǔn)確。
參考文獻
[1]中國礦業(yè)學(xué)院編.激光測距儀[M].北京，煤炭工業(yè)出版社，1980。
[2]蔡武昌.流量測量應(yīng)用技術(shù)的進展〔J]，儀器儀表學(xué)報，1998
[3]FredGood.Floweasurementtrend[J]，Measure2ment&Control，1996.
[4]梁國偉.流量測量技術(shù)與儀表「M]，北京：機械工業(yè)出版社，2002。
[5]李松明，徐榮甫，趙長明.智能激光測距機性能測試系統(tǒng)[[J].紅外與激光工程，Vo1.30.No.4.2001
[6]金國藩，李景鎮(zhèn)，陳家璧等.激光測量學(xué)[M].北京，科學(xué)出版社，1998
[7]徐榮甫，劉敬海.激光器件與技術(shù)教程〔MJ.北京，北京工業(yè)學(xué)院出版社，1986
[8]DimetixAG公司上海服務(wù)中心.DistanceLaserSensorTechnicalReferenceManual
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