基于LM567的實(shí)用型液位計的設(shè)計（幾種液位計電路詳解）

1、LM567的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能

LM567是一種常見的低價解碼集成電路，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（即無外加控制電壓時的振蕩頻率）與腳5～腳6外接定時元件R1、C1的關(guān)系式為：f0≈（1/1.1）R1C1。選用適當(dāng)?shù)亩〞r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輸入的信號的頻率在f0附近的帶寬BW范圍內(nèi)時信號被捕捉到，從輸出腳8輸出低電平（未捕捉時為高電平）。帶寬BW可由式（1）計算得到：

實(shí)際上，由上式計算得出的并不是環(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。

對輸入信號的要求是ui》20mV，式（1）是ui《200mV時的近似計算公式，捕捉帶寬與ui的關(guān)系如圖2所示?？梢妘i》200mV時帶寬僅由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)用型液位計的設(shè)計

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量液位的傳感器件，并用單片機(jī)作為主控器件。液位計的硬件組成如圖3所示。

圖3 ?液位計硬件框圖

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，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，經(jīng)過時間t，換能器便可以接收到從液面反射回來的回波聲脈沖。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，因此可用測時間的方法確定距離h1。設(shè)換能器發(fā)射面到容器

底部的距離為h2，則被測液位H計算如下：

H=h2-h1（3）

用LM567作為回波檢測電路

超聲波檢測一般采用超聲波檢測專用集成電路LM1812，雖然效果較好，但價格較貴，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集成電路。

圖4 ? 超聲波檢測電路

圖4是LM567超聲波檢測電路。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，同時單片機(jī)內(nèi)的定時器開始計時，超聲波碰到液面后反射回來被接收頭接收，經(jīng)過兩級運(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，定時器停止計時，定時器計時時間即為超聲波從發(fā)射到接收的時間t。