主頁 > 技術文章 > 利用壓力傳（chuán）感器實（shí）現液位控製係統的設計 2024-10-15

利（lì）用壓力傳感器實現液位（wèi）控製係統的設計

摘要：控（kòng）製器單片機，液位控製高度，報警、高（gāo）度顯示等（děng）功能，由於增加了氣體壓力傳感器，使其具有與液麵不接觸的特點，可用於有毒、腐蝕性液體液位的（de）控（kòng）製，具有較高的（de）研（yán）究（jiū）價值（zhí）。該控製器不僅可（kě）用於學校進（jìn）行教（jiāo）學研究，還可用於生產實際（jì），是目前比較缺（quē）少的一種產品。
隨著微電子工業的迅速發展（zhǎn），單片機控製的智（zhì）能型控製器廣泛應用於電（diàn）子產品中，為了使學生對單片機控製的智能型控製器有較深的了解。經過綜合分（fèn）析選擇了由單（dān）片機控製的智能型液位控製（zhì）器作為研（yán）究項目，通過訓練充分（fèn）激發學生分析問題、解（jiě）決問題和綜合應（yīng）用所學知識的潛能。另外，液位控（kòng）製在高層小區水塔水位控製，汙水處理設備（bèi）和有毒，腐蝕性液體液位控製中也被廣泛應用。通過對模型的設計可很好的延伸到具體應用案例中。
一、係統設計（jì）方案比較說明：
　　對於液位進行控（kòng）製的方式有很多，而應用較多的主要有2種，一種是簡單的機械式控製裝置控製，一種是複雜的控製器控製方式。兩種方式的實現如下：
　　(1)簡單的機械（xiè）式（shì）控製方式。其常用（yòng）形式有浮標式、電極式等，這種控製形式的優點是結構簡單，成本低廉。存在問題是精度（dù）不高，不（bú）能進行數值顯（xiǎn）示，另外很容易引起誤動作，且隻能單獨控製，與計算機進行通（tōng）信較難實現。
　　(2)複（fù）雜控製器控製（zhì）方式。這種控製方式是通過安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器，把出口壓力變（biàn）成標準工業電信號的模擬（nǐ）信號，經過（guò）前置放大、多路切換、AD變換成數（shù）字信號傳送到單（dān）片機，經單片機運算和給定參（cān）量的比較（jiào），進行PID運算，得（dé）出調節（jiē）參量；經由DA變換（huàn）給調壓變頻調速裝置輸入（rù）給定端，控製其輸出電壓變化，來調節（jiē）電機轉速（sù），以達到（dào）控製水箱液位的（de）目的。
　　針對上述2種控製方式，以及設計需達到的（de）性（xìng）能要求，這裏選擇第（dì）二種控製方式，同時考慮到成本需（xū）要把PID控製去掉。最（zuì）終形（xíng）成的方案是，利用（yòng）單片機為（wéi）控製核心，設計一個對供水箱水位進行監控的係統。根據監控對象的特征，要求實時檢測水箱的液位高度，並與（yǔ）開始預設定值做比較，由單片機控製固態繼電（diàn）器的開斷進行液位的調（diào）整（zhěng），最終達到液位（wèi）的預設（shè）定值（zhí）。檢測值若高於上限設定值時，要求報警，斷開繼電器，控製水泵停止上水；檢測值若低於下限設定值，要求報警，開啟繼電器（qì），控製水泵開（kāi）始上水。現場實時顯示測量值，從而實現對水箱液位的監控。
二、工作原理（lǐ）：
　　基於單片機實現的液位控製器是以AT89C51芯片為核心，由鍵盤、數碼顯示、AD轉換、傳感器，電源和控製部分等組成。
工作過程如下：水箱(水塔)液位發生變化時，引（yǐn）起連接在水箱(水塔)底部（bù）的軟（ruǎn）管管內的空氣氣壓變化，氣壓傳感器在接收到（dào）軟管內的（de）空氣氣壓信號後，即把變化量轉化成電壓信號；該信號經過運算放大電路放大後（hòu）變成幅度為0～5 V標準信號，送入AD轉換器，AD轉換器把模擬信號變成數字信號量，由單片機（jī）進行實時數據采集，並進行處理（lǐ），根據設定要求控製輸出，同時數（shù）碼管顯示液位高度。通過鍵盤（pán）設置液位高、低和限定值以（yǐ）及（jí）強製報警值。該係統控製器特點（diǎn）是直觀地顯示水位高度，可任意控製水位高（gāo）度。
三、硬件（jiàn）設計：
　　液位控製器的硬件（jiàn）主要包括由單片機、傳感（gǎn）器(帶變送器)、鍵盤電路、數碼顯示電路、AD轉換器和輸（shū）出控製（zhì）電路等。
　　3.1 單片機
　　單（dān）片機（jī）采用由（yóu）Atmel公司生產的雙列40腳（jiǎo）AT89C51芯片。
　　3.2 傳感器
傳感器使用SY一9411L—D型變送器，它內部含有1個壓力傳感器和相（xiàng）應的放大電路。壓力傳感器是美國SM公司生產的555—2型OEM壓阻式壓力傳感器，其（qí）有全溫度補償及標定(O～70℃)，傳感（gǎn）器經過（guò）特殊加（jiā）工處理，用（yòng）堅固的耐高溫塑料外殼（ké）封裝。
在水箱底部安裝（zhuāng）1根直徑為5 mm的（de）軟管，一端安裝在水箱底部；另（lìng）一端與傳感器連接。水箱水（shuǐ）位（wèi）高度發生變化時（shí），引起軟管內氣壓變化，然後傳感器把氣壓轉換成電壓信號，輸送到AD轉換器。
　　3.3 鍵（jiàn）盤電路
　　P1口（kǒu）作為鍵盤接口，連接一個4×4鍵（jiàn）盤。
　　3.4 液位（wèi）顯示電路
　　液位顯示采用數碼管（guǎn）動態顯示（shì），範圍從0～999(單位可自（zì）定)，選擇的數碼管是（shì）7段共陰極連接，型號是（shì）LDSl8820。在這裏使用到（dào）了74LS373，它是一個8位的D觸發器，在單片機係統中（zhōng）經常使用，可（kě）以作地址（zhǐ）數據總線擴展的鎖存器，也可以作為普通的LED的驅動器件，由於單獨使用HEF4511B七段譯碼驅動顯示器來（lái）完成數碼管的驅（qū）動顯示，因此74LS373在（zài）這（zhè）裏隻用作擴展的緩（huǎn）衝。
　　3.5AD轉（zhuǎn）換電路及控製輸出
　　AD轉換電路在控製（zhì）器中起主導作用，用它將傳感器輸出的模擬電（diàn）壓信（xìn）號轉換成單片機能處（chù）理的數字量。該控製器采用CMOS工藝製造（zào）的逐步逼（bī）近式8位AD轉換器芯片ADC0809。在使用時可選擇中斷、查詢和延時等待3種方式編製AD轉換程序（xù）。控製輸出主要有上下限狀態顯（xiǎn）示、超（chāo）限報警。另外在設計（jì）過程（chéng）中預留了串行口，供進一步（bù）開發使用。
四、軟件設計：
　　4.1 鍵盤程序
　　由於鍵盤采用的是4×4結構，因（yīn）此可使用的鍵有16個，根據需要分別定義各鍵，0～9號為數字鍵，10～15號分別是確定（dìng）鍵、修改鍵、移位鍵、加減鍵、取消（xiāo）鍵和複位鍵。
值得注意的是，在用匯編語言編寫控製器程序時，相對會（huì）比較麻煩，如果用C語言編寫程序會簡單（dān）很多，這裏就不再做（zuò）具體說明。
五、結束語：
基（jī）於單片機實現液位（wèi）控製器模型設計的關鍵在於硬件電路的正確構建，隻有在（zài）電路（lù）準確的前提下再進行軟（ruǎn）件編程才能取得成功。

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