一、液位的檢測及系統(tǒng)工作原理
藥罐內(nèi)液位的檢測是根據(jù)液體深度與壓力成正比的關(guān)系，液體的深度不同 ，其壓力變化也不一 樣 。而且壓力與液體之間成線性變化規(guī) 律 ，它們之間應(yīng)滿足下列關(guān)系式 ：: J' e+ _6 ~+ y" }& S
P=Po+pgh (1)
& q+ M% s T" Q1 x
式中 ：P是液體密度 ，Po是液面處的壓力 ， 對于非密封的藥罐可視為大氣壓力 。因此對上式可以導(dǎo)出液位高度h的表達(dá)式
h= (P—Po)／pg (2)3 c4 R" h6 R [4 I8 Q3 q
因此 ，可以根據(jù)要檢測液位最大高度 ，選擇壓力傳感器的量程范圍。例如 ，3米高的藥罐對于密度P近似為1的 液體 ，采用測 量范圍 0-0．03MPa的壓力傳感器 ，考慮過載等因素可以選擇 0-0．05Mpa量程的傳感器。/ k7 }9 ]$ r1 G, Q
測量電路采用高精度壓力傳感器 、與單片機(jī)組成壓力檢測及控制系統(tǒng) 。將傳感器采集信號放大處理后， 送入A／D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 ， 在微處理器 AT89C2051中對 A／D采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行液位高度換算 ．然后送給顯示及執(zhí)行電路 。實(shí)現(xiàn)液位上 、下限報(bào)警及自動(dòng)控制等功能 。4 O: A. B4 w+ M, a
二、硬件電路設(shè)計(jì)。測量系統(tǒng)中選用了CY—YZ一3o6型壓力傳感器 ．該元件利用硅的壓阻效應(yīng)．采用固態(tài)集成 、溫度補(bǔ)償工藝 、雙島限位 、真空充油技術(shù) ，及全焊接結(jié)構(gòu) 。該傳感器具有精度高 、穩(wěn)定性好 、體積小 、耐腐蝕 、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn) 。采用三線制信號輸出 、電流 為 4-25mA．適合于液位的測量 。壓力傳感器輸 出的電流信號，經(jīng) 2501"1取樣電阻轉(zhuǎn)換成 l_5V的電壓信號，再由 A／D轉(zhuǎn)換器送入 89C2051 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并給出輸出及顯示測量結(jié)果 。 該測量系統(tǒng)采用的AT89C2051單片機(jī) ， 它與相應(yīng)的外圍接口電路 、MAX187A／D轉(zhuǎn)換器及串行口MC14499顯示電路組成最小的微機(jī)測控系統(tǒng) 。AT89C2051是 AT89C51的簡化體 ，20引腳的DIP封裝 。 MAX187是一種完整的 、CM0S工藝結(jié)構(gòu) 、12位的A／D變換器 ，8引腳的DIP封裝 。A／D轉(zhuǎn)換電路采用了串行輸出接口，MAXI87與 8OC2O51的接口非常簡單 ，只需三根 數(shù)字線 ，不僅節(jié)省了空間 ，而且簡化了線路板的布線 。接口電路如圖2所示 。 89C2O51的 P1．5、P1．6和 1．7分別與MAX187 的CS、SCLK和DOUT相連接 。在串行 接口有效時(shí) ，設(shè)置CPU的串行接口為主方式 ，因而 CPU發(fā)出串行時(shí)鐘 ，用 P1．5口將芯片的片選 CS拉成低電平 ，并保持SCLK為低電平 ，等待最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 ，檢測 DOUT 的上升沿確定轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。然后輸出SCLK，SCLK最少有效時(shí)鐘周期為 13個(gè)。 時(shí)鐘的第一 個(gè)下降沿 ， DOUT端將出現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位 (MSB)。 DOUT端在 SCLK 的下降沿產(chǎn)生數(shù)據(jù) ，在SCLK的上升沿?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定 ，89C2051可以讀入數(shù)據(jù) 。在下降的第 l3個(gè)時(shí)鐘之后 ，將 CS拉成高電平。如果此后面 CS仍為低 電平 ，在輸出 LsB位之后將輸出 0。隨著 CS=1，等待一段特定的時(shí) 間之后 ，若使 CS拉成低電平 ，將進(jìn)行新的一次轉(zhuǎn)換 。如果轉(zhuǎn)換結(jié)束之前，將拉成高電平來中止轉(zhuǎn)換 ，否則需至少等待一個(gè)采樣時(shí)間周期才能啟動(dòng)一次新的轉(zhuǎn)換 。 硬件譯碼鍵盤顯示器接口電路也采用串行方式 ，用MCl4499實(shí)現(xiàn)．譯碼 、驅(qū)動(dòng) 。89C2051 的RXD提供串行輸入的BCD碼顯示數(shù) 據(jù) ， TXD提供串行移位脈沖，P1．4控制使能端EN，動(dòng)態(tài)掃描由硬件管理 。串行輸入 、并行輸出移位寄存器 74LS164芯片做鍵盤電路 。+ V. E5 y8 m# ^% E
三、軟件設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)上采用模塊化設(shè)計(jì)，顯示子程序?qū)⒁@示的數(shù)字的BCD碼按百 、十 、個(gè)次序依次存放在顯示緩沖區(qū)進(jìn)行顯示。運(yùn)算采用雙精度四節(jié)浮點(diǎn)乘除運(yùn)算子程 序 ，以保證運(yùn)算不損失精度 。為了減 少外界對采樣值的干擾 ，提高采樣信號的可靠性和程序的抗干擾能力 ，A／D轉(zhuǎn)換 軟件設(shè)計(jì)上采用數(shù)字濾波技術(shù) ，通過 MAX187對液位進(jìn)行采集 ． 算術(shù)平均濾波法計(jì)算公式如下 ：; k& t" y8 _( i7 T
6 K9 u$ d5 O6 c; l3 z式中：為濾波器的輸出值 ，即多次轉(zhuǎn)換的平均值 ，為濾波器的第 i次輸入值 ，n為采樣次 數(shù) 。 關(guān)于失調(diào)誤差的凋整 ，可按具塞公差求標(biāo)準(zhǔn)偏差值
& P0 {: ^6 c: H其中 ，對于 的數(shù)據(jù)予以剔 除 ，這樣完全可以保證數(shù)據(jù)的平穩(wěn)可靠 。A／D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖見 圖 3。' s5 |, `9 j, X
四、測量結(jié)果 。改變液位的高度 。用標(biāo)準(zhǔn)米尺測量實(shí)際高度值 ，同本液位測量系統(tǒng)對照測量的組測量結(jié)果如表1所 示 ， 可以看出本裝置檢測誤差小于 ±2％．完全滿 足 液位測量的要求 。 與常規(guī)檢測儀相 比 ，它具有體積小 、成本低 、精度高 、檢測方便等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用在水處理設(shè)備上 ，具備對液位上 、下限參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的功能 ，并能實(shí) 現(xiàn)對藥罐內(nèi)液位自動(dòng)檢測 、自動(dòng)停 機(jī) 、報(bào)警及顯示 ，可用于無人職守的環(huán)境 。$ a5 K8 `, f& f1 W2 K
