基于單片機(jī)的液位控制器設(shè)計(jì)

姚美蓮

【摘 要】隨著電子工業(yè)的發(fā)展，單片機(jī)控制的智能型控制器在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛。本文主要介紹了液位控制器的工作方式，以及基于單片機(jī)的液位控制器的設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 液位控制器 設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】 TM571【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0186-02

引言

液位控制器的工作方式主要有電子式液位開關(guān)控制、浮球開關(guān)控制、液位繼電器控制、接觸式控制等，雖然液位控制器的所選取的控制方法根據(jù)產(chǎn)品的不同而有所區(qū)別，但是主要是過機(jī)械式或電子式的方法來對(duì)高低液位進(jìn)行控制，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化。液位控制在高層小區(qū)水塔水位控制、污水處理設(shè)備、有毒或腐蝕性液體液位控制中應(yīng)用較為普遍。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，單片機(jī)控制的智能型控制器在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛。

1 液位控制器的工作方式

1.1 電子式液位開關(guān)控制

電子式液位開關(guān)控制要實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的自動(dòng)化控制需要與其說搭配的水位控制器工作作用。電子式液位控制器在進(jìn)行工作時(shí)，先是由電子探頭對(duì)液位進(jìn)行檢測，檢測的信號(hào)由液位檢測專用芯片進(jìn)行處理，如果檢測結(jié)果顯示液位到達(dá)動(dòng)作點(diǎn)時(shí)，液位檢測專用芯片會(huì)發(fā)出高電平信號(hào)或低電平信號(hào)，之后水位控制器針對(duì)電平信號(hào)的不同對(duì)液位進(jìn)行控制。電子式液位器主要體有使用壽命長、安全系數(shù)高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。

1.2 浮球開關(guān)控制

浮球開關(guān)控制有大金屬球的浮球開關(guān)、帶干簧管的微型浮球開關(guān)和電纜式浮球開三種。帶有達(dá)金屬球的浮球開關(guān)在工作時(shí)主要是通過液體浮力的變動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的控制，當(dāng)液體液位上升，則金屬浮球上升，浮球上升帶動(dòng)閥門關(guān)閉，使進(jìn)水停止；當(dāng)液體液位下降，則金屬浮球下降，浮球下降帶動(dòng)閥門打開，使進(jìn)水開始，如此往復(fù)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體液位的控制。帶干簧管的微型浮球開關(guān)主要通過磁性小浮球使桿里面的干簧管閉合或打開實(shí)現(xiàn)對(duì)液體液位的控制。電纜式浮球開關(guān)，這種方式的液體液位高低主要取決于平衡錘或彈性電線的某一固定點(diǎn)到浮筒間的電線長度，雖然其造價(jià)低廉，但直接與220v電壓相接，也使其安全隱患較大，一旦電纜線受損，則必須進(jìn)行整個(gè)裝置就要替換，否則易引起漏電電人的現(xiàn)象。

1.3 液位繼電器控制

液位繼電器控制在高層樓宇的上下集液池應(yīng)用較多，它主要采用集成電路，根據(jù)上下集液池的液位分級(jí)提升而設(shè)計(jì)的。通過液位繼電器控制能使上下集液池的液位得到有效控制，同時(shí)在集液池發(fā)生溢水或缺水時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)排水和補(bǔ)水的作用。雖然這種液位控制在實(shí)現(xiàn)集液池排水和補(bǔ)水的過程中表現(xiàn)較好，而且價(jià)格也較為低廉，但是這種液位控制不耐污，受水垢影響較大，一旦水垢太多，就會(huì)使液位控制作用受到影響。

1.4 接觸式控制

接觸式控制主要通過探頭超聲波脈沖的反射來檢測和計(jì)算液體液位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的控制。接觸式控制將高頻超聲波脈沖探頭耦合在容器外壁，探頭發(fā)出的高頻超聲波脈沖會(huì)在在容器壁和液體中傳播，再被容器內(nèi)表面發(fā)射回來，通過中方式計(jì)算出液位高度，判斷液位與液位控制機(jī)器的位置，當(dāng)液體液位處于上限或者下限時(shí)，控制器產(chǎn)生繼電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液體液位的控制。這種方式在對(duì)液體液位上限和下限進(jìn)行檢測時(shí)，不受介質(zhì)密度、介電常數(shù)、導(dǎo)電性、反射系數(shù)、壓力、溫度、沉淀等因素的影響，所以這種方式在醫(yī)藥、石油、化工、電力、食品等行業(yè)的各類液體液位控制中應(yīng)用最為普遍，尤其是儲(chǔ)存的液體具有毒性或腐蝕性時(shí)，該方式的功用則表現(xiàn)更為優(yōu)越。雖然這種方式方便、準(zhǔn)確，但是其造價(jià)較高。

2 基于單片機(jī)的液位控制器設(shè)計(jì)

2.1 基于單片機(jī)的液位控制器工作原理

液位控制器的工作方式有多種，筆者利用單片機(jī)為控制核心， 設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)供水箱水位進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。單片機(jī)控制固態(tài)繼電器的開斷對(duì)液體液位進(jìn)行調(diào)整。該設(shè)計(jì)的核心AT89C51 芯片，主要的組成部分有鍵盤、數(shù)碼顯示、A / D 轉(zhuǎn)換、傳感器、電源和控制部分等?；趩纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)的液位控制器利用氣壓傳感器和A / D 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生液位高度數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集，利用數(shù)碼管顯示液位高度數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行液位控制。當(dāng)液體液位達(dá)到上限或者下限時(shí)，液體底部的軟管管內(nèi)空氣氣壓發(fā)生變化，由氣壓傳感器將軟管內(nèi)的空氣氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)生成后進(jìn)入A / D轉(zhuǎn)換，A / D轉(zhuǎn)換將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)量，單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)量進(jìn)行采集并處理，最終在數(shù)碼顯示管內(nèi)生成數(shù)碼液位高度，之后通過鍵盤設(shè)置液位高、低和限定值以及強(qiáng)制報(bào)警值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的自由控制。

2.2 基于單片機(jī)的液位控制器設(shè)計(jì)

2.2.1 單片機(jī)

基于單片機(jī)的液位控制器設(shè)計(jì)的單片機(jī)是AT89C51 芯片，如圖1。[ 1]該芯片由由Atmel 公司生產(chǎn)，呈雙列，共40腳。A/ D 轉(zhuǎn)換和顯示連接口在P0，3x5的鍵盤連接口在P1，控制電磁閥和水泵動(dòng)作的接口P2，上、下限指示燈連接口在P3。

2.2.2 傳感器

基于單片機(jī)的液位控制器設(shè)計(jì)傳感器使用的是SY-9411L-D 型變送器，如圖2。[2]這種變送器有一個(gè)美國SM 公司生產(chǎn)的555-2 型OEM 壓阻式壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路組成。555-2 型OEM 壓阻式壓力傳感器外殼封裝材料是用堅(jiān)固的耐高溫塑料特殊加工處理，所以其耐溫性能較強(qiáng)。1腳和2腳都是信號(hào)輸出（-），5 腳和6腳都為信號(hào)輸出（+），中間3腳為激勵(lì)電壓、 4腳為地。在液體底部有一根軟管用以輸出空氣氣壓信號(hào)，軟管兩端分別和液體底部和傳感器，其直徑為5 mm。在液體液位發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起軟管內(nèi)空氣氣壓的變化，進(jìn)而生產(chǎn)氣壓信號(hào)，氣壓信號(hào)在傳感器的作用下生成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)再輸入A/ D 轉(zhuǎn)換器中。

2.2.3液位顯示電路

基于單片機(jī)的液位控制器設(shè)計(jì)的液位顯示采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。[ 3]其顯示的范圍在0至999之間，單位自定。該液位顯示的數(shù)碼管采用的LDS18B20型號(hào)的7段共陰極連接數(shù)碼管。這種數(shù)碼管在單片機(jī)中應(yīng)用較為廣泛，可以作為地址數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展的鎖存器， 也可以作為普通的LED的驅(qū)動(dòng)器件。

2.2.4 A/ D轉(zhuǎn)換電路及控制輸出

基于單片機(jī)的液位控制器設(shè)計(jì)的A/ D轉(zhuǎn)換電路采用的是CMOS 工藝制造的逐步逼近式8位A/ D轉(zhuǎn)換器芯ADC0809。編制A/ D轉(zhuǎn)換程序可分為三種，分別是中斷、查詢0和延時(shí)。A/ D轉(zhuǎn)換器，由液位高低變化引起液體底部的軟管管內(nèi)空氣壓變化，空氣氣壓在傳感器內(nèi)經(jīng)過運(yùn)算放大器和分壓電路把傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)入A/ D轉(zhuǎn)換器，由單片機(jī)對(duì)A/ D轉(zhuǎn)換器生成的數(shù)字信號(hào)量進(jìn)行處理，在數(shù)碼顯示管內(nèi)顯示液位高低。設(shè)置液位高、低和限定值以及強(qiáng)制報(bào)警值的鍵盤采用P1口作為鍵盤接口， 連接一個(gè)4x4鍵盤。結(jié)構(gòu)上采用行列方式，可定義鍵盤布局。

3 結(jié)束語

在電子工業(yè)的發(fā)展的浪潮中，單片機(jī)控制的智能型控制器在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛。隨著基于單片機(jī)的液位控制器設(shè)計(jì)日益完善，其模型的設(shè)計(jì)必會(huì)在具體的個(gè)案應(yīng)用發(fā)揮其良好的延伸作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳新昌，王萬章.單片機(jī)在水位控制中的應(yīng)用[J].信息科技，2006（24）：89-90，94.

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[3] 劉華東.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003