单片机液位检测及显示电路设计文献综述Word下载.docx
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引言
随着社会的进步、生产工艺和生产技术的发展,人们对液位的检测提出了更高的要求。
而新型电子技术微电子技术和微型计算机的广泛应用于普及,单片机控制系统以其控制精度高,性能稳定可靠,设置操作方便,造价低等特点,被应用到液位系统的控制中来。
液位测量广泛应用于工业、经济、生活等领域。
本设计以水箱供水为模型,用于对水箱液位信号进行测量监控记录。
基于单片机的液位测量装置具有测量准确、重复性好、功耗低、使用寿命长的特点,是广泛采用的技术。
在深入学习科学发展观的同时,电子设备的设计也需融入可持续发展的设计理念。
故此,在基于单片机的液位测量装置基础上,扩展实时监控、数据采集、计算机串行通信等功能,从而能够通过科学的方法将液位测量与统计科学结合,合理调度水资源,降低能源消耗。
课题国内外现状
当今社会,应用单片机的产品已经渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的足迹。
现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等,这些都离不开单片机。
因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的工程师和科学家。
科技越发达,智能化的东西就越多。
学习单片机是社会发展的必然需求,也是大学期间的必修课。
在国内单片机学习呈上升趋势,但是很多人学习时没有头绪,不知道从何下手。
面对种类繁多的各类开发板,仿真器,让初学者无所事从,不但多花钱还多走不少弯路,学生学习单片机没有大的资金投入,能够做到少花钱多办事才是最好的。
Intel8051系列是我们在大学课堂中学习的。
因此本课题围绕8051系列单片机设计,从电路图绘制,PCB板设计,硬件焊接,程序设计,在线仿真到各项功能实现,目的在于让学生将课堂上学来的理论知识与实践相结合,提高对单片机的认识,学习专业软件的操作,熟悉制作过程,掌握一门技能,加强专业知识的掌握。
也增加学生的实践经历,为学生就业提供一个可选方向,拓展就业渠道。
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发展趋势
现在可以说单片机是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。
微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。
甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。
现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
应运而生的各类单片机的仿真器,学习电路在不断的发展完善,向着多功能,小体积,多用途,实用性方向发展。
液位测量技术是基于液位敏感元件在液位发生变化时,把能够表示液位变化且于检测的物理量变化值检测出来,再把这些物理量变化值采用相应的简便可靠的信号处理手段转换成能够用来显示的信号。
液位测量的方法根据液位敏感元件的不同有很多种。
电容式差压变送器因为结构简单、不需传动机构、动态响应好、灵敏度高、分辨力强、使用维护方便,能在恶劣的环境下工作等特点,被广泛用于各种测量场合。
差动结构的电容式变送器可以大大降低其非线性,提高其灵敏度,同时,还能有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差,加上其良好的稳定性和极好的抗过载性等特点,得到了极为广泛的应用。
本文采用差动结构的电容式变送器作为液位测量的检测元件,来实现电路的主要性能指标为:
基本误差为±
0.5%;
负载电阻为0~600欧姆[在24V(DC)供电时]和0~1650欧姆[在45V(DC)供电时];
电源电压为12~45V(DC),一般为24V(DC)。
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液位检测原理构成图
国内外在液位检测方面采用的技术和产品很多,传统的液位计按其采用的测量技术及使用方法分类已多达十余种。
近年来,国内外又不断研制开发出一些新的液位检测方法,已经在工业中应用的主要有以下几种。
1.1光纤液位计
光纤传感器是近年来迅速发展的一种新型传感器,它以光学技术为基础,以光纤作为敏感单元,将敏感状态以光信号取出,再进行光电转换,所以易与高度发展的电子控制装置相匹配。
与其它常规传感器相比,光纤传感器具有灵敏度高、响应速度快、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、电绝缘性好、体积小以及便于与光纤传输系统组成远程监测网络等特点,尤其在易燃易爆的恶劣环境中得到广泛应用。
光纤传感器的应用从根本上克服了电测方法带来的火灾隐患,在石油、化工、核工业等领域内某些不便应用传统传感器的场合,可精确、方便地进行各种物理量的测量。
光纤液位计适用于多种液体的液位测量,如汽油、柴油、机油、变压器油、酸碱性溶液、液氮、酒类、调料、饮料和水等,已实现位移、压力、温度、速度、振动、液位、角度等多种物理量的检测。
这类检测仪表一般具有体积小、重量轻、无动作部件、安装方便等优点。
目前,国内已有许多厂家生产光纤液位计,其中武汉中光光电生产的光纤液位计可在小于0.1mm液位的变化条件下,触发信号输出,并自动跟踪光、电信号,经过CPU处理后直接输出标准信号供给二次仪表,实现对液面连续自动的高精度控制。
南京航空航天大学研制的光纤液位计,用于液位检测时精度可达1mm,响应时间小于0.01s,最大可传输距离为5km。
目前市场上出现了许多新的光纤液位计。
已用于工业生产过程的有:
(1)双波纹管结构光纤液位计。
该液位计以差动方式工作,采用全光路补偿方法和多种温度补偿技术,使得光纤液位计具有自动补偿性能,克服了光源强度起伏和环境温度变化这2个主要因素对结构式强度型光纤液位计测量精度的影4
响。
(2)浮筒式光纤液位计。
该液位计是一种适用于易燃、易爆液体贮罐的光纤液位计,实现了现场全光无电在线检测功能,其输出信号与光强变化无关,具有很好的稳定性和抗干扰能力。
(3)反射式动栅光纤液位计。
该液位计的光源、光纤、探测器位于光敏元件的同一侧,输入、输出共用1根光纤束,结构简单、易于测量、成本较低,适用于大型液体贮罐的液位测定。
其它还处于研制开发阶段的光纤液位计有棱镜式光纤液位计、斜面单光纤液位计。
1.2磁致伸缩液位计
磁致伸缩液位计是采用磁致伸缩原理开发出的新一代高精度液位计。
磁致伸缩效应是铁磁材料在磁场中会发生形变的物理现象,即在外磁场作用下,铁磁材料内部随机取向的磁畴发生旋转直至与外磁场方向一致,使铁磁材料在几何尺寸上出现沿外磁场方向的伸长或缩短现象。
磁致伸缩液位计利用磁性浮子随液位浮动进行工作,但其工作原理与浮球液位计完全不同。
它利用传感器产生沿波导线传播的电流脉冲即起始脉冲,其产生的磁场与磁环形成的磁场相叠加,靠磁致伸缩效应产生瞬时扭力,使波导线扭动并产生张力脉冲,该脉冲以固定的速度沿波导线传回,即终止脉冲,通过测量起始脉冲与终止脉冲之间的时间差即可精确地确定被测液体的液位。
磁致伸缩液位计的外形结构与浮球液位计相似。
磁致伸缩液位计的特点:
精度高,稳定性好,使用寿命长,可多信号输出,
具有反极性保护功能,防雷击、防射频干扰,结构精巧,环境适应强,应用范围广,有多参数液位测量及自校正、免维护等独特功能,尤其适用于大量程、多参数、高精度的液位测量。
其测量范围最大可达18m,测量精度可达0.1~0.5mm,对温度变化不敏感,可同时进行多点检测。
其缺点是价格较高,工作压力不能太高,并随液体的密度不同,其浮子在液体中的高度也不同,需要以实际介质进行标定。
磁致伸缩效应在液位测量中的应用只有十几年的历史,而中国还处在引进国外产品的应用研究与开发阶段,但是发展很快。
目前该类液位计大部分是进口,国内部分企业也有一些产品。
常用的有SF、MS、SFMS和UPM100系列。
磁致伸缩液位计的独特优点使它在当今液位测量领域占有很大优势,相信它很快将在高准确度、多参数液位测量中得到广泛应用。
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1.3音叉液位限位开关
音叉液位限位开关是一种新型的液位检测仪表,又被称作!
电气浮子?
是浮球限位开关的升级换代产品。
音叉是受微弱能量驱动就能产生共振的弹性物体,用压电陶瓷元件激励音叉产生振动,当音叉被液体浸没时,音叉受到阻尼作用,振幅急剧降低且频率和相位发生明显变化,通过电路输出开关信号。
凡使用浮球限位开关或由于结垢、湍流、搅动、振动等原因不能使用浮球限位开关的场合均可使用音叉液位限位开关。
音叉液位限位开关的特点:
价格较低,灵敏度高,体积小,重量轻,安装方便,适应性强,被测液体不同的电参数、密度对测量均不产生影响,中等粘度、高温、高压等恶劣条件对检测也无影响。
开关的检测由电子电路完成,无活动部件,所以音叉液位限位开关一经安装投运便不需特殊维护保养,当有过多被测介质污染和粘附叉体时,清理掉即可。
由于不受被测介质电参数及密度的影响,所以无论测量何种液体都不需现场调校,既可探测密度很低的液体介质,最低密度可达0.1g/cm3,也可探测粘性介质,如水泥、型砂等,当液体的粘度发生变化时也可正常工作,但需避免被测介质的直接冲击和飞溅,以免引起误动作。
在有泡沫存在的场合则需要进行现场调校。
1.456321.差压式液位计
差压式液位计利用液体的压强原理,在液体的底部检测液体压强和标准大气压的压差。
随着半导体技术的发展,半导体表面扩散工艺在差压式液位计平衡电桥的制作中得到了广泛应用。
它通过液体底压强使半导体扩散硅薄膜产生形变,引起电桥不平衡,电路输出与液位高度相对应的电压,从而获取液位信号。
差压式液位计适用于液面边界测量和位式测量,能广泛用于难以处理的工艺液体的液面边界测量。
除了液体密度在正常工况下有明显改变外,对于大多数工艺对象,差压式液位计都可以满足要求;
对腐蚀性液体、结晶性液体、粘稠性液体、易汽化液体、含悬浮物的液体宜选用平法兰式差压仪表;
对高结晶液体、高粘性液体、结胶性液体、沉淀性液体宜选用法兰插入式差压仪表;
当气相有大量冷凝物或沉淀物析出时可选用双法兰式差压仪表。
差压式液位计可以进行数字输出,具有精度高(0.7%)、漂移小、抗过载能力强等特点。
但当介质的密度随介质的温度、压力、组分而变化时,差压式液位计会产生虚假液位,所以在介质密度变化明显的环境中不应采用。
1.556321.雷达液位计雷达液位计利用喇叭状波导管发射6
单片机液位检测及显示电路
低功率微波(几十微瓦),遇到被测介面后,部分微波反射回来,被发射、接收组合液位计系统接收,通过测量发射、接收的时间差来间接测量液位。
发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比,回波的极性和振幅取决于上层介质与下层介质的介电常数。
上层的介质通常为气体,下层被测介质的介电常数较高。
由于雷达液位计发射的微波沿直线传播,在液面处产生反射和折射时,微波有效的反射信号强度产生衰减,
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