1、LM567的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能

LM567是一種常見(jiàn)的低價(jià)解碼集成電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1a所示。LM567內(nèi)部包含了兩個(gè)鑒相器、放大器、電壓控制振蕩器VCO等單元件。其典型的應(yīng)用電路如圖1b所示。

鎖相環(huán)路輸出信號(hào)由電壓控制振蕩器VCO產(chǎn)生，電壓控制振蕩器的自由振蕩頻率（即無(wú)外加控制電壓時(shí)的振蕩頻率）與腳5～腳6外接定時(shí)元件R1、C1的關(guān)系式為：f0≈（1/1.1）R1C1。選用適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)元件，可使LM567的振蕩頻率在0.01Hz～500kHz范圍內(nèi)連續(xù)變化。腳1～腳2外接濾波電容C2、C3。LM567一般作為鎖相環(huán)路解碼器，即當(dāng)從腳3輸入的信號(hào)的頻率在f0附近的帶寬BW范圍內(nèi)時(shí)信號(hào)被捕捉到，從輸出腳8輸出低電平（未捕捉時(shí)為高電平）。帶寬BW可由式（1）計(jì)算得到：

實(shí)際上，由上式計(jì)算得出的并不是環(huán)路帶寬BW的實(shí)際值，而是環(huán)路帶寬BW與環(huán)路中心頻率f0的百分比，其值再乘上100%才是鎖相環(huán)路的實(shí)際捕獲帶寬。

對(duì)輸入信號(hào)的要求是ui》20mV，式（1）是ui《200mV時(shí)的近似計(jì)算公式，捕捉帶寬與ui的關(guān)系如圖2所示。可見(jiàn)ui》200mV時(shí)帶寬僅由f0與C2的積決定。

圖2 ? 帶寬與輸入電壓及C2的關(guān)系

2、實(shí)用型液位計(jì)的設(shè)計(jì)

綜合考慮技術(shù)參數(shù)的要求決定采用通用的40kHz超聲波換能器作為測(cè)量液位的傳感器件，并用單片機(jī)作為主控器件。液位計(jì)的硬件組成如圖3所示。

圖3 ?液位計(jì)硬件框圖

當(dāng)聲波從液體或固體傳播到氣體，或從氣體傳播到固體或液體時(shí)，由于兩種介質(zhì)的密度相差懸殊，聲波

幾乎全部被反射［2～5］。由此，當(dāng)置于容器頂部的換能器向液面發(fā)射短促的聲脈沖時(shí)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，換能器便可以接收到從液面反射回來(lái)的回波聲脈沖。設(shè)換能器發(fā)射面到液面的距離為h1，聲波在空氣中的傳播速度為ν，則存在如下關(guān)系：

h1=νt/2（2）

由于聲波在空氣中的傳播速度ν已知，因此可用測(cè)時(shí)間的方法確定距離h1。設(shè)換能器發(fā)射面到容器

底部的距離為h2，則被測(cè)液位H計(jì)算如下：

H=h2-h1（3）

用LM567作為回波檢測(cè)電路

超聲波檢測(cè)一般采用超聲波檢測(cè)專(zhuān)用集成電路LM1812，雖然效果較好，但價(jià)格較貴，且要用到電感等既笨重又易引入干擾的元件。用作液位測(cè)量的超聲波其頻率一般在40kHz左右，正好落在LM567可捕捉的范圍內(nèi)，完全可用它作為超聲波檢測(cè)集成電路。

圖4 ? 超聲波檢測(cè)電路

圖4是LM567超聲波檢測(cè)電路。單片機(jī)從輸出引腳輸出約40kHz的方波，經(jīng)叁極管T后從超聲波發(fā)射頭發(fā)出超聲波，同時(shí)單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波碰到液面后反射回來(lái)被接收頭接收，經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大后送到LM567的輸入端（腳3），LM567捕捉到超聲波后輸出低電平（腳8未捕捉時(shí)為高電平），此負(fù)跳變可作為中斷輸入引起單片機(jī)中斷，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)，定時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間即為超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間t。

3、實(shí)用型液位計(jì)的設(shè)計(jì)

液位計(jì)是指對(duì)容器中液體高度的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)檢測(cè)的傳感器。此傳感器通常輸出4～20ma或1-5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與顯示儀表或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接，也可以通過(guò)Rs一485或現(xiàn)場(chǎng)總線方式與計(jì)算系統(tǒng)相連接。通常輸出繼電器的接點(diǎn)信號(hào)或集電極開(kāi)路信號(hào)，輸出信號(hào)一般與LED指示燈、報(bào)警器（蜂鳴器）或通過(guò)超聲波發(fā)射、接收電路、溫度測(cè)量電路、LED顯示由微處理器進(jìn)行控制。

測(cè)量原理

超聲波探頭安裝在貯存罐正上方，距地面高度為H0圖1所示。

圖 測(cè)量塬理圖

由微處理器控制超聲波發(fā)射電路發(fā)出超聲波脈沖，超聲波脈沖在空氣介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播到液面，該脈沖波遇到被測(cè)液面（水面）后，經(jīng)液面反射后再通過(guò)空氣介質(zhì)返回到超聲波接收探頭被接收；微處理器通過(guò)記錄超聲

波從發(fā)射到接收的往返傳播時(shí)間t，根據(jù)空氣介質(zhì)中的聲速，就可以計(jì)算出從傳感器到液面之間的距離：

h=1／2·vf

式中為測(cè)量距離（傳感器到液面之間的距離），m；v為空氣中的聲速，其近似公式為v=331．45+0．61m／s；功測(cè)量時(shí)的氣溫，℃，測(cè)量距離時(shí)需要測(cè)量氣溫來(lái)進(jìn)行對(duì)聲速的修正。

圖1中，設(shè)超聲波傳感器安裝高度為。（可在安裝傳感器時(shí)測(cè)得），則液位高度H可用下式算得：

H=H一h=H0-1／2*vt。

3．1、超聲波發(fā)射、接收電路設(shè)計(jì)

圖3 ?超聲波發(fā)射、接收電路

測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波發(fā)射探頭采用UCM40T壓電陶瓷傳感器，其工作電壓是40kHz的脈沖信號(hào)，由單片機(jī)執(zhí)行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3．2、溫度測(cè)量與轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

圖4 ?溫度／電壓轉(zhuǎn)換電路

各OPA功能：OPAl為阻抗匹配；OPA2為減2．73V，（經(jīng)VR2）并反相；OPA3為放大5倍并反相。

各溫度與3個(gè)OPA的輸入與輸出關(guān)系如表1所示。

A／D轉(zhuǎn)換電路

電壓為模擬量，因此必需對(duì)其進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，才能送入微處理器805l內(nèi)進(jìn)行處理。

A／D轉(zhuǎn)換電路與微處理器的連接電路如圖5所示

圖5 ?A／D轉(zhuǎn)換電路與微處理器的連接電路

顯示電路設(shè)計(jì)

液位計(jì)顯示電路見(jiàn)圖6。

圖6 ?液位計(jì)顯示電路

遠(yuǎn)距離通訊電路設(shè)計(jì)

與其它的串行通信標(biāo)準(zhǔn)相比，在遠(yuǎn)程通信方面RS一485標(biāo)準(zhǔn)有很明顯的優(yōu)勢(shì)。RS一485電路由發(fā)送器，平衡連接電纜，電纜終端負(fù)載和接收器組成，它通過(guò)平衡發(fā)送器把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過(guò)差動(dòng)接收器，把電位差變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信息接收。

圖7 ? 液位計(jì)通訊電路