1、LM567的內部結構及功能

LM567是一種常見的低價解碼集成電路，其內部結構如圖1a所示。LM567內部包含了兩個鑒相器、放大器、電壓控制振蕩器VCO等單元件。其典型的應用電路如圖1b所示。

鎖相環路輸出信號由電壓控制振蕩器VCO產生，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的關系式為：f0≈（1/1.1）R1C1。選用適當的定時元件，可使LM567的振蕩頻率在0.01Hz～500kHz范圍內連續變化。腳1～腳2外接濾波電容C2、C3。LM567一般作為鎖相環路解碼器，即當從腳3輸入的信號的頻率在f0附近的帶寬BW范圍內時信號被捕捉到，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：

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

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的關系如圖2所示。可見ui》200mV時帶寬僅由f0與C2的積決定。

圖2 ? 帶寬與輸入電壓及C2的關系

2、實用型液位計的設計

綜合考慮技術參數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，由于兩種介質的密度相差懸殊，聲波

幾乎全部被反射［2～5］。由此，當置于容器頂部的換能器向液面發射短促的聲脈沖時，經過時間t，換能器便可以接收到從液面反射回來的回波聲脈沖。設換能器發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。設換能器發射面到容器

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，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。單片機從輸出引腳輸出約40kHz的方波，經叁極管T后從超聲波發射頭發出超聲波，同時單片機內的定時器開始計時，超聲波碰到液面后反射回來被接收頭接收，經過兩級運放放大后送到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），此負跳變可作為中斷輸入引起單片機中斷，定時器停止計時，定時器計時時間即為超聲波從發射到接收的時間t。

3、實用型液位計的設計

液位計是指對容器中液體高度的變化進行實時連續檢測的傳感器。此傳感器通常輸出4～20ma或1-5V的標準信號與顯示儀表或計算機系統連接，也可以通過Rs一485或現場總線方式與計算系統相連接。通常輸出繼電器的接點信號或集電極開路信號，輸出信號一般與LED指示燈、報警器（蜂鳴器）或通過超聲波發射、接收電路、溫度測量電路、LED顯示由微處理器進行控制。

測量原理

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 測量塬理圖

由微處理器控制超聲波發射電路發出超聲波脈沖，超聲波脈沖在空氣介質內繼續傳播到液面，該脈沖波遇到被測液面（水面）后，經液面反射后再通過空氣介質返回到超聲波接收探頭被接收；微處理器通過記錄超聲

波從發射到接收的往返傳播時間t，根據空氣介質中的聲速，就可以計算出從傳感器到液面之間的距離：

h=1／2·vf

式中為測量距離（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；功測量時的氣溫，℃，測量距離時需要測量氣溫來進行對聲速的修正。

圖1中，設超聲波傳感器安裝高度為。（可在安裝傳感器時測得），則液位高度H可用下式算得：

H=H一h=H0-1／2*vt。

3．1、超聲波發射、接收電路設計

圖3 ?超聲波發射、接收電路

測距系統中的超聲波發射探頭采用UCM40T壓電陶瓷傳感器，其工作電壓是40kHz的脈沖信號，由單片機執行編程來實現。

3．2、溫度測量與轉換電路設計

圖4 ?溫度／電壓轉換電路

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

各溫度與3個OPA的輸入與輸出關系如表1所示。

A／D轉換電路

電壓為模擬量，因此必需對其進行A／D轉換，轉換為數字信號，才能送入微處理器805l內進行處理。

A／D轉換電路與微處理器的連接電路如圖5所示

圖5 ?A／D轉換電路與微處理器的連接電路

顯示電路設計

液位計顯示電路見圖6。

圖6 ?液位計顯示電路

遠距離通訊電路設計

與其它的串行通信標準相比，在遠程通信方面RS一485標準有很明顯的優勢。RS一485電路由發送器，平衡連接電纜，電纜終端負載和接收器組成，它通過平衡發送器把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過差動接收器，把電位差變成邏輯電平，實現終端的信息接收。

圖7 ? 液位計通訊電路