基于Zigbee的貨車水箱液位測量裝置

　　摘要：本文設計開發了一種采用超聲波測位原理，并基于Zigbee技術進行液位數據無線傳輸的貨車水箱液位測量裝置。設計階段超聲波傳感器端采用了超聲波測距聲速補償和時間修正法以提高數據精確性。最后設計了Zigbee無線收發模塊和超聲波傳感器硬件電路模塊，并進行了軟件代碼的開發。該裝置具有結構簡單、精度高、成本低、安裝快捷、使用方便等優點。

　　引言

　　目前貨車、掛車等牽引車駕駛室和車廂之間相距比較遠，如采用有線方式進行傳感器數據采集和傳輸，必須布置足夠長的線束，不僅使設備安裝不便，還會出現安全隱患，因此本文采用Zigbee方式進行數據采集和傳輸。

　　將超聲波液位計合理安裝在車廂水箱上方，通過超聲波測距模塊對水箱水位進行測量，并將數據經Zigbee發送模塊傳輸到安裝在駕駛室內的接收模塊，最后將數據通過顯示模塊12864或者1602進行顯示，這樣駕駛員可以直接觀察水箱水量的使用情況，從而摒棄了停車觀測或通過駕駛員經驗來對水位進行判斷。

　　硬件設計

　　如圖1所示，Zigbee液位測量系統由超聲波測距模塊、Zigbee發送模塊、Zigbee接收模塊和顯示裝置組成。Zigbee發送模塊驅動超聲波測距模塊對水位進行測量，將采集到的數據進行處理并發送給Zigbee接收模塊，Zigbee接收模塊驅動12864顯示屏進行數據顯示。其中Z-STACK協議已經集成12864顯示屏驅動函數，無需重新設計。　　

 

　　超聲波測距模塊

　　超聲波測距模塊包括發送、接收電路以及接口電路。為了便于超聲波的發送和接收，本方案采用共振頻率為40kHz的超聲波探頭，其發射探頭選用TCT40-10F1，接收探頭采用TCT40-10S1。

　　超聲波模塊共3個，圖2是超聲波模塊2發射電路原理圖。OUTPUT_2輸出的40kHz方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反向器后進到超聲波換能器的另一電極。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發射強度。輸出端采用兩個反向器并聯，用以提高驅動能力。上拉電阻，除了可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅動能力，可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。