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1、利用传感器实现液位掌握系统的设计方案名目内容摘要I 、 前 言1一概述1二进展趋势1二、液位掌握系统分析2一液位掌握系统的工作原理2二液位掌握的实现方式21、简洁的机械式掌握方式22、简单掌握系统掌握方式3三、液位掌握系统的设计3一 硬件设计3二软件设计71、液位掌握系统模型框图7四、 设计方案优缺点比照7五、 总结7内容摘要传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一 ,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程掌握到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因此,很多国家对传感器技术的进展格外重视 ,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器) 之一。随着电
2、子技术、计算机技术和信息技术的进展，工业生产中传统的检测和掌握技术发生了根本性的变化。液位作为化工等很多工业生产中的一个重要参数，其测量和掌握效果直接影响到产品的质量，因此液位掌握成为过程掌握领域中的一个重要的争论方向。液位掌握是工业中常见的过程掌握，它对生产的影响不容无视。该系统利用了常见的芯片，设计并实现了液位掌握系统的智能性及显示功能。电路组成简洁，调试便利，性价比高，抗干扰性好等优点，能较好的实现水位监测与掌握的功能。能够广泛的应用于工业场所。在本设计中较好的实现了水位监测与掌握的功能。液位掌握系统是以液位为被控参数的系统，液位掌握一般是指对某掌握对象的液位进展掌握调整，以到达所要求的
3、液位进展调整，以到达所要求的掌握精度。本文将利用两种传感器实现液位掌握系统,并争论其可行性及优缺点.关键词：传感器；传感器技术；液位掌握系统;单片机；PID；矩阵键盘； 直流电机；LCD；上位机一、前言传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一 ,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程掌握到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因此,很多国家对传感器技术的进展格外重视 ,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器) 之一。一概述压力传感器是用于测量液体与气体的压强的传感器。压力传感器工作时将压力转换为电信号输出。超声波是一种超出人类听觉极限的声波即其振
4、动频率高于 20 kHz 的机械波。超声波传感器在工作的时候就是将电压和超声波之间的相互转换，当超声波传感器放射超声波时，放射超声波的探头将电压转化的超声波放射出去，当接收超声波时，超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机掌握芯片。二、液位掌握系统分析随着微电子工业的快速进展，单片机掌握的智能型掌握系统广泛应用于电子产品中，为了使我们对单片机掌握的智能型掌握系统有较深的了解。利用单片机为掌握核心，设计一个对供水箱水位进展监控的系 统。依据监控对象的特征，要求实时检测水箱的液位高度，并与开头预设定值做比较，由单片机掌握固态继电器的开断进展液位的调整， 最终到达液位的预设定值。检测值假设高于上
5、限设定值时，要求报警， 断开继电器，掌握水泵停顿上水；检测值假设低于下限设定值，要求报警，开启继电器，掌握水泵开头上水。现场实时显示测量值，从而实现对水箱液位的监控。一液位掌握系统的工作原理压力传感器液位掌握系统是以单片机芯片为核心，由键盘、数码显示、AD 转换、传感器，电源和掌握局部等组成。工作过程如下：水箱(水塔)液位发生变化时，引起连接在水箱(水塔)底部的软管管内的空气气压变化，气压传感器在接收到软管内的空气气压信号后，即把变化量转化成电压信号；该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为 05 V 标准信号，送入AD 转换器，AD 转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进展实时数据采集，并
6、进展处理，依据设定要求掌握输出，同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统掌握系统特点是直观地显示水位高度，可任意掌握水位高度。超声波传感器液位掌握系统，是通过超声波传感器采集水位信 息，然后送单片机处理。假设当前水位低于设定置，通过电机驱动水泵连续注水，电机承受算法掌握。水位信息显示于液晶屏，设定值可通过键盘设置。报警系统键盘模块显示模块单片机电机模块超声波接收模块超声波放射模块上位机此方案选择单片机作为掌握核心，通过键盘输入设定水位值。超声波测距显示出水位数值，所测得的水位数值在 LCD 液晶屏上显示。假设水位低于设定值，则掌握中心驱动电机向水箱注水到设定
7、值，假设水位低于 2 厘米，报警器报警。图 2 总体系统框图二液位掌握的实现方式对于液位进展掌握的方式有很多，而应用较多的主要有 2 种，一种是简洁的机械式掌握装置掌握，一种是简单的掌握系统掌握方式。两种方式的实现如下：1、简洁的机械式掌握方式其常用形式有浮标式、电极式等，这种掌握形式的优点是构造简洁，本钱低廉。存在问题是精度不高，不能进展数值显示，另外很容易引起误动作，且只能单独掌握，与计算机进展通信较难实现。2、简单掌握系统掌握方式这种掌握方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器，把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号，经过前置放大、多路切换、AD 变换成数字信号传送到单片机，经单片机运
8、算和给定参量的比较， 进展 PID 运算，得出调整参量；经由 DA 变换给调压变频调速装置输入给定端，掌握其输出电压变化，来调整电机转速，以到达掌握水箱液位的目的。PID 掌握是在连续生产过程掌握中，将偏差的比例(Proportional)、积分(Integral)、微分(Derivative)通过线形组合构成掌握量，对掌握对象进展掌握。对PID 的常规应用中，三个参数一般是依据现场设备的使用状况或者设备的自身特征来进展确定，也有通过以往掌握的阅历来进展调试，这样可以通过调试来转变三个参数，以便转变掌握器的性能，来获得更好的掌握效果。假设一个系统能够用比较准确的数学模型来进展描述，这样的系统就
9、比较适合用 PID 算法来进展掌握，并且能够取得比较好的掌握效果。PID 掌握原理在模拟掌握系统中，PID 掌握比较常见。下面便是一种原理框图， 简洁地说明白PID 掌握的主要原理。从图中，可以看出，由掌握器和被掌握的对象组成了整个系统。比例PID掌握器输入值输出值积分受控对象微分图 3 PID 原理图最终形成的方案是压力传感器液位系统选择利用单片机为掌握核心，不使用 PID 掌握，设计一个对供水箱水位进展监控的系统。依据监控对象的特征， 要求实时检测水箱的液位高度，并与开头预设定值做比较，由单片机掌握固态继电器的开断进展液位的调整，最终到达液位的预设定值。检测值假设高于上限设定值时，要求报警
10、，断开继电器，掌握水泵停顿上水；检测值假设低于下限设定值，要求报警，开启继电器，掌握水泵开头上水。现场实时显示测量值，从而实现对水箱液位的监控。超声波传感器液位系统由单片机及超声波模块、直流电机、电机驱动模块、液晶显示屏、矩阵键盘等构成的液位掌握系统。其中超声波模块负责对水位的高度进展测量，并将测量的水位信息传送到单片机进展处理，由单片机将之与设定值进展比较得到偏差，使用 PID 算法掌握电机抽水。如当前水位低于设定水位，则单片机掌握直流电机抽水进入水箱。水位信息实时显示在 LCD12864 液晶屏上，直至水位到达设定值为止。设定值可以由矩阵键盘输入。系统中设置了报警系统，假设水位低于2cm，
11、报警系统启动，提示设定水位，通过矩阵键盘输入水位信息，确定后，系统将自动注水入水箱，到达设定值则自动停顿。以到达能自动掌握水位的要求。测量到的水位亦能送到上位机显示以及上位机能输入设定水位。三、液位掌握系统的设计随着计算机技术的进展,计算机掌握技术在过程掌握中占有格外重要的地位。众所周知,掌握系统已被广泛使用,在其争论与进展上也已趋于完善,在工业生产过程中掌握的应用也起到了使工程流程正常运转。一 硬件设计液位掌握系统的硬件主要包括由单片机、传感器、直流电机、键盘电路、数码显示电路、AD 转换器、电机驱动电路和输出掌握电路等。二软件设计压力传感器液位掌握系统的设计液位掌握系统模型的软件设计框图如
12、下图。图 4 压力传感器液位掌握程序框图超声波传感器液位掌握系统程序设计承受的是模块化的思路来进展设计和编写程序，程序主要由系统主程序和中断程序构成。主程序完成单片机的初始化， 超声波的放射和接收、计算超声波放射点与障碍物之间的距离、液晶显示和蜂鸣器报警等。系统程序设计的主要的功能是放射超声波、承受超声波、计算测量距离、数据计算、蜂鸣器报警和液晶显示。开头输入设定水位超声波测量当前水位否当前水位是否小于设定值是启动水泵抽水当前水位是否小于设定值是否完毕图 5 超声波液位掌握程序流程图超声波测距流程图如下：开头发送超声波并启动T0开中断接收到回波同时中断停顿计算测量距离延时图 6 超声波测距流程
13、四、 设计方案优缺点比照压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定牢靠、本钱低、便于集成化的优点。但是投入式静压液位传感器只有参考大气压才能进展准确测量，然而连接电缆中的通气会受到环境的影响，造成气管内壁冷凝，结露。露水滴到电子器件和传感器上，会影响精度或者输出漂移。同时，结露过快，变送器的使用寿命也会大大缩短。此外压力传感器简洁受到环境的影响而造成测量不准确，并且安装不便利。超声波传感器。超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距。在中、长距离测量时，超声波传感器的精度和方向性都要大大优于红外线传感器。从安全性
14、，本钱、方向性等方面综合考虑，超声波传感器更适合设计要求。依据对以上两种传感器性能的比较，考虑到灵敏度和经济有用性，可以看出超声波传感器方案是比较抱负的。五、 总结本次课程设计是我所做的最综合的一个题目，基于单片机实现液位掌握系统模型设计的关键在于硬件电路的正确构建，只有在电路准确的前提下再进展软件编程才能取得成功。在做设计时，第一步是依据设计要求来确定该题目可能需要的元器件，再渐渐依据个电子元件的功能及题目的要求一一进展筛选，最终确定用那些元件。其次步是设计方案并确定。最开头我选择了几个方案，但经过方案的比较及论证后去掉不合理的，最终其中方案来设计。通过这次课程设计我深刻的感到了理论和实践之间的巨大差距 极其之间的联系。寻常理论学问学的很好，但是在课程设计中并不能得心应手，会遇到很多不会的操作，这就需要加强实践力量，一个同学的学问变成多个同学的学问，多个同学的学问变成一个同学的知识，这样才能相互促进、相互提高。另外，理论与实践也存着必定的联系。