0引言
液位包(bāo)括液位信号(hao)器和連續液(yè)位測量兩種(zhǒng)。液位🚶♀️信号器(qi)是對幾個固(gù)定位置的液(ye)位進行測量(liàng)，用于液位的(de)上、下限報警(jing)等;連續液位(wèi)測量是對液(ye)位連續地進(jìn)行測量📧，廣泛(fàn)應用于農田(tián)灌溉🤩、定量施(shī)量、高爐沖渣(zha)水位測量、環(huan)境監測等農(nóng)業生産領域(yu)，具有🐪非常重(zhong)要的意義。目(mu)前，對液位測(cè)量的精度要(yào)求不🍓僅愈來(lai)愈高，且需要(yào)測量儀能夠(gòu)适應一些特(tè)🌍殊環境，如高(gāo)溫、高壓、強放(fàng)射性及強腐(fǔ)蝕性等條件(jian)。液态💜肥因其(qi)生産費用低(di)🔴、肥效高、易吸(xī)收、節支增産(chǎn)效果顯著及(jí)施用過程中(zhong)可以根據📧需(xū)要加入土壤(rang)所缺㊙️少的植(zhi)物營養元素(sù)等優🎯勢迅速(su)得到了廣泛(fan)應用。而變量(liang)施肥作爲農(nóng)業的重㊙️要部(bù)分，其技術基(jī)礎就✍️是對液(ye)肥液位的準(zhun)确控制。目前(qian)市場上，液位(wèi)控制系統大(da)緻可分爲以(yi)下兩種:
1)機械(xiè)式控制系統(tǒng)。機械式控制(zhi)系統結構簡(jiǎn)單、成本低廉(lian);但🤩這種☔控制(zhi)裝置故障多(duo)、誤動作多，且(qie)隻能單獨控(kòng)👉制，與計算機(jī)進行通信較(jiào)難實現。
2)交流(liú)調壓/變頻調(diào)速控制系統(tong)。該系統是通(tōng)過安裝在🚶水(shui)🈲泵出口管道(dào)上的壓力傳(chuán)感器，把出口(kou)壓力變成标(biāo)準工✂️業電信(xìn)号的模拟信(xìn)号，經過前置(zhì)放大、多路切(qie)換、A/D變換成數(shu)字信🌈号傳送(sòng)到單片機，經(jing)單片機運算(suan)與給定量的(de)比🈲較，進行PID運(yùn)算，得出調節(jiē)參量;經由D/A變(biàn)換給調壓/變(bian)頻調速裝置(zhì)輸入給定端(duān)，控制其輸出(chū)電壓變化，來(lai)調節電機的(de)🔞轉速，以達到(dào)控制水🚶♀️位的(de)目的。
本文以(yi)液态施肥機(jī)爲依托，針對(duì)一定體積的(de)液肥進🌈行液(yè)🧑🏽🤝🧑🏻位試🆚驗，通過(guò)以單片機和(hé)投入式液位(wèi)計爲主要硬(ying)件資源設計(ji)硬件電路，畫(huà)出相應的軟(ruǎn)件❤️流程圖進(jìn)行🔞測試。數據(ju)分析驗證表(biao)明:該傳感器(qi)在液肥液位(wèi)測量中安裝(zhuāng)維護方便，能(neng)适應液肥這(zhè)種特殊環境(jìng)，其容量和液(ye)位高度的測(ce)量誤差也滿(mǎn)足實際要求(qiu)。
1系統工作原(yuan)理及組成
微(wei)壓式液位計(jì)采用的是壓(ya)力敏感元件(jian)實現力－電轉(zhuan)♈換。傳感器的(de)液位量程是(shi)0～1．3m，且這段量程(cheng)液位所對應(yīng)的深度約合(he)壓力相比其(qi)他要小很多(duo)，因而稱其爲(wei)“微壓式”。本系(xì)統是所選的(de)正是微壓式(shi)傳感器，它将(jiāng)液位信号轉(zhuǎn)換爲4～20mA标準電(diàn)信号輸出。
若(ruò)設所測液體(tǐ)密度爲ρ，液位(wèi)高度爲h，大氣(qì)壓爲ρ0，重力👉加(jia)速度爲g，則液(yè)體所受壓力(lì)p=ρgh+ρ0。這時，爲抵消(xiao)大氣壓力變(bian)化所帶來的(de)測量誤差，傳(chuan)感器變送器(qi)部分采用導(dao)氣電纜将大(da)🐅氣壓力🛀🏻ρ0引入(ru)敏感元件的(de)負壓腔，進而(er)使p=ρgh。顯然，若已(yǐ)知液體密度(du)，通🔴過測取壓(ya)力p就可換算(suàn)出相應的液(yè)位高度。
1．1單片(pian)機選型
該系(xi)統結構相對(duì)簡單、運行速(sù)度快，考慮到(dao)功能和成本(ben)👌兼顧♊，采用以(yi)擴展性51系列(liè)單片機STC12C5412AD爲核(hé)心控制元件(jiàn)。該芯片具有(you)12kB用戶可自行(hang)安排的FLASH及FEPROM空(kong)間比例;在同(tong)樣🐉的工作頻(pin)率下💞，平均指(zhi)令運算速度(du)是普通8051的8～12倍(bei)［4］，滿足系統對(dui)數♻️據處理的(de)要求，且掉電(diàn)模式可🥵由外(wai)部中斷喚醒(xǐng)，适用車載信(xin)息系統💜。系統(tong)設計方案圖(tú)如圖1所
1．2投入(rù)式液位計選(xuan)型
其基于所(suo)測液體靜壓(yā)與該液體的(de)高度成比例(lì)的原理，再将(jiang)靜壓轉換爲(wei)電信号，實現(xiàn)非電量到電(diàn)量的變換，利(li)用這一特性(xìng)來🌍完成對液(ye)位的測量。主(zhǔ)要技術參數(shù)如下:量程1．3m，精(jīng)度0．5%Fs，電壓18～36VDC，輸出(chū)4～20mA。
其優點包括(kuo):①能實時測量(liàng)罐内各點液(ye)位;②直流4～20mA标準(zhun)電👄流信😍号輸(shu)出;③密封性好(hǎo)，測量元件不(bu)與液肥直接(jie)接觸，避免了(le)液肥對元件(jian)的腐蝕。
2硬件(jiàn)電路設計
2．1電(dian)源電路設計(ji)
電源電路圖(tú)如圖2所示。圖(tu)2中，爲了保證(zhèng)液位傳感器(qi)能獲💁得24V的直(zhí)流供電，選用(yòng)具有DC－DC單片控(kòng)制電路功能(néng)的MC34063芯☀️片，片🔱内(nei)包💋含有溫度(dù)補償帶隙基(ji)準源，能輸出(chu)1．5A的開關♊電源(yuán)，且是使用最(zuì)少的外接元(yuan)件構成的升(sheng)壓變換器、降(jiang)壓變換器和(he)電源反向器(qì)［5］。
本系統電源(yuan)電路采用具(jù)有升壓轉換(huàn)作用的MC34063芯片(piàn)，與電感L、二極(jí)管D3、三極管TIP122一(yī)起構成電源(yuán)電路。若TIP122導通(tong)時，+12V的🔴輸入電(diàn)壓經采樣限(xiàn)流電阻R1、R2，流經(jīng)電感L，随着電(diàn)感L電流增加(jiā)，其🚶兩端進行(hang)儲存能量。此(cǐ)時，二極管D3是(shi)防止電容C3對(duì)地放電，并由(you)電容C3向負載(zǎi)供電;若TIP122斷開(kai)🈲時，電感L及12V的(de)輸入電壓對(dui)電容C3充電的(de)✂️同時電容C3對(dui)負載供電，負(fu)載電壓穩定(ding)在+24V，穩壓的負(fu)反饋信🛀🏻号是(shì)電阻R7、R8的分壓(ya)輸入到MC36063的5腳(jiao)。
2．2檢測電路設(shè)計
硬件部分(fèn)的核心爲STC12C5412AD，工(gōng)作電壓由LM2576從(cóng)24V轉變爲5V來提(ti)供✉️。同時，用MCU的(de)3個🥰輸出引腳(jiǎo)P1．1、P1．2、P1．3連接串并轉(zhuan)換芯片74HC595，就可(kě)實現對系統(tong)所有的顯示(shì)功能及顯示(shì)元件的控制(zhi)。圖🍓3中的74HC595芯片(pian)Q0～Q7共8位輸出控(kòng)制8個發光二(èr)極管，每個二(er)極管分爲閃(shan)、亮2段，共16段，通(tong)過燈的閃亮(liàng)和4個數碼管(guǎn)顯示的罐内(nèi)液體容積值(zhi)來♋記錄相關(guān)液位數據。其(qí)檢測電路原(yuan)理圖如圖3所(suo)示。
3系統軟件(jian)設計
系統軟(ruǎn)件是利用51系(xì)列單片機集(jí)成開發工具(jù)來進行C語言(yán)設計，采用模(mo)塊化設計方(fāng)式，由系統與(yǔ)監控程序一(yī)起㊙️管理執行(háng)。系統🌈軟件主(zhu)要由主程序(xu)、初始化程序(xu)、定時中斷處(chù)理程序組成(chéng)。其中⭐，系統主(zhǔ)程序包括A/D轉(zhuǎn)換子程序及(ji)顯示子程🌂序(xù)。系統初始化(huà)後進🌏入主循(xún)環，定時中斷(duan)處理程序是(shì)對74HC595的輸出進(jin)行控制。系統(tǒng)主程💃序流程(chéng)如圖4所示。
4數(shu)據測試及分(fèn)析
4．1測試條件(jiàn)
爲驗證本設(shè)計的可行性(xìng)，基于所測液(yè)體靜壓與該(gai)液體的高度(du)成比例，再将(jiāng)靜壓轉換爲(wèi)電壓的試驗(yan)原理，搭建實(shi)際的電路。用(yong)現有的播種(zhǒng)機儲液罐作(zuò)爲容器可容(róng)納近1000L的液體(tǐ)。其實際測量(liàng)高度如圖5所(suǒ)示。因液肥與(yu)水密度相近(jin)，所以用水作(zuo)爲測試對象(xiang)☎️，在正式用液(ye)肥時驗證誤(wù)🌍差，算出修正(zhèng)系數，再寫入(ru)單片機中進(jìn)行校正。
首先(xiān)将液位計正(zhèng)确安裝于儲(chǔ)液罐底部，接(jiē)通電源後💛利(lì)用🎯串有流量(liang)計的電泵開(kai)始注水，注意(yì)觀察液位的(de)變化，待快到(dao)預先暫定的(de)水容量處關(guan)閉電源。此時(shi)，用萬用表讀(du)取液🌏位計處(chu)❄️理後的電壓(ya)值、記錄㊙️表示(shi)高度顯示的(de)LED的🌈燈/閃數及(ji)流量計顯示(shi)的實際注水(shuǐ)容量，再💘用米(mǐ)尺丈量水的(de)實際液位高(gao)度。試驗結果(guǒ)如表1所示。
4．2數(shu)據分析
觀察(chá)表1的數據之(zhi)間存在某種(zhong)線性關系，用(yòng)Mat-Lab對表1的壓力(li)與🔞容量及液(ye)位高度數據(ju)進行一次曲(qu)線拟合，如圖(tú)🐪6所示。
根據圖(tú)6的拟合曲線(xiàn)，可得到對應(yīng)的回歸方程(cheng)爲
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其中，x代表(biǎo)電壓;y1爲容量(liàng);y2爲液位高度(du)。
由此可見:電(diàn)壓與容量及(jí)液位高度之(zhī)間确實存在(zai)良🍓好的線🐕性(xìng)相關性，且從(cóng)表1中也可以(yǐ)看出LED燈的亮(liang)、閃數随液位(wei)高度而變化(hua)。 因此，一旦配(pèi)比好定量的(de)液肥，在變量(liàng)施肥機工作(zuo)時，可以根據(ju)LED燈來判斷其(qí)液位高度，用(yòng)數碼管來顯(xiǎn)示其容量。
分(fen)析對比表2的(de)數據可知:液(ye)位高度誤差(cha)在允許範圍(wei)💃之内，拟合容(róng)量的負數除(chu)了與傳感器(qi)的安裝位置(zhì)及儲液罐的(de)形狀♋有關以(yi)外，和換算容(róng)量的基點(零(ling)點)也相關。因(yin)此，可以重新(xin)選一個容量(liàng)和高度基點(dian)來解決。
5結論(lùn)
以STC12C5412AD單片機爲(wei)核心的液肥(féi)檢測系統，可(ke)以動态地顯(xian)💯示液位㊙️及容(rong)量的變化，實(shí)用性較強，且(qie)成本低廉。在(zai)随機🛀🏻的測量(liang)試驗中，節省(shěng)了人力及物(wù)力，同時也提(ti)高了檢測的(de)效率。該投入(rù)式液♊位計體(tǐ)㊙️積小巧、使用(yòng)方便、維護成(chéng)本不高，優于(yú)其他如超聲(sheng)波傳感器。試(shì)驗數據分析(xi)表明:該微壓(yā)傳感器性能(neng)指标能滿足(zu)😘較高精度要(yao)求的測量，爲(wei)液肥播種機(jī)的進一步智(zhì)能化奠定了(le)一定的實踐(jiàn)基礎，對其它(ta)的液位測量(liàng)也具有較好(hao)的借鑒作用(yòng)。
以上内容來(lái)源于網絡，如(ru)有侵權請聯(lián)系即删除!