Ультразвуковой уровнемер на микроконтроллере PIC16F628

Цель дипломного проекта:
Проектирование конструкции ультразвукового уровнемера на PIC16F628 для измерения времени отражения звуковых волн от поверхности контролируемой среды и обратно.

Актуальность дипломного проекта:
Аналоги имеют низкие показатели точности измерений;
Повышение уровня эксплуатационных характеристик ультразвуковых уровнемеров;
Средства измерения уровня жидкости применяются во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства для измерения, контроля и регулирования параметров технологических процессов.

Аналоги разрабатываемого устройства
Ультразвуковой уровнемер Streamlux
Уровнемер ультразвуковой ВЗЛЕТ УР
Уровнемер ультразвуковой FMU40-ARH2A2

Уровнемер состоит из пьезометрического преобразователя 1, электронного блока 7 и вторичного прибора 5. Электронный блок включает в себя генератор 6, задающий частоту повторения импульсов; генератор импульсов 2, посылаемых в жидкость, уровень которой измеряется; измерения времени 4. Генератор, задающий частоту повторения импульсов, управляет работой генератора импульсов и схемой измерения времени. Генератор 2 вырабатывает электрические импульсы с определенной частотой повторения, которые преобразуются в ультразвуковые при помощи пьезометрического преобразователя, установленного с внешней стороны дна резервуара. Отраженные импульсы после обратного преобразования в электрические усиливаются и формируются усилителем 3 и подаются на схему измерения времени. Выходным сигналом измерительной схемы являются постоянное напряжение, которое поступает на вход вторичного прибора 5.
Принцип работы разрабатываемого устройства

Микроконтроллер PIC16F628
PIC16F от Microchip представляют собой 8-разрядные микроконтроллеры, которые включают архитектуру PIC® от Microchip в различные варианты контактов и пакетов, от компактных 14-контактных устройств до многофункциональных 64-контактных устройств. Устройства с базовой, средней и расширенной средними архитектурами доступны с множеством различных комбинаций периферийных устройств, что дает разработчикам гибкость и выбор для их приложений.
Семейство микроконтроллеров PIC16F627A / 628A / 648A основано на Среднечастотное ядро ​​Microchip с 8-уровневым аппаратным стеком и 35 инструкциями. Эти MCU обеспечивают до 5 MIPS, до 3,5 Кбайт памяти программ, 224 байта ОЗУ и EEPROM данных до 128 байт.

Корпус проектируемого изделия
Корпус изделия представляет собой прямоугольный параллелепипед со скругленными кромками. На лицевой панели располагается две управляющие кнопки и ЖК дисплей. Для установки печатной платы в основание корпуса используются четырех крепежных винта. Крышка корпуса устанавливается так же с помощью четырёх винтов, с тыльной стороны основания корпуса.

Результаты расчёта теплового режима
По результатам расчёта теплового режима видно, что для устройства хватает естественного воздушного охлаждения, каждый ЭРЭ не превышает допустимую нормой температуру.

Результаты расчёты надёжности

Результаты расчёта отдельного каскада
В ходе работы был рассчитан каскад датчика температуры с интерфейсом 1-Wire:

Результаты расчёта электромагнитной совместимости
Ёмкость между двумя параллельными печатными проводниками одинаковой ширины, расположенными на одной стороне печатной платы:
Собственная индуктивность:
Индуктивность двух параллельных проводников, расположенных с одной стороны печатной платы с противоположным направлением:

Моделирование собственных частот

Моделирование тепловых процессов
Моделирование механических воздействий

Заключение
В ходе дипломного проекта работы было спроектировано устройство – ультразвуковой уровнемер на PIC16F876, в результате решения поставленных задач было выявлено, что прибор отвечает всем техническим и эргономическим требованиям. Разработанный ультразвуковой уровнемер можно использовать в дальнейшем на предприятиях или с целью продажи на рынке.