一種基于STM32F103的電機(jī)油位測(cè)量裝置設(shè)計(jì)

曹慶皎 王靜爽 李鐵源 王奕卓

摘 要：電機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中極為重要的一個(gè)組成部分，保證它的正常運(yùn)行需要多方面配合，其中潤(rùn)滑油就是其中關(guān)鍵一項(xiàng)，對(duì)于電機(jī)油位的高低測(cè)量是一個(gè)重要方面。隨著科技的進(jìn)步，油位檢測(cè)技術(shù)也已由初期的人工觀察發(fā)展為現(xiàn)在的自動(dòng)檢測(cè)。文章主要介紹的是以STM32F103為中心控制芯片，并配合各個(gè)不同功能模塊設(shè)計(jì)的裝置。該裝置可以實(shí)時(shí)精確檢測(cè)，進(jìn)行相應(yīng)的顯示控制。

關(guān)鍵詞：油位測(cè)量；電機(jī)；實(shí)時(shí)檢測(cè)；自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TM306 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）10-0098-02

Abstract： Motor is an extremely important part of industrial production， to ensure its normal operation needs many aspects of cooperation， in which lubricating oil is one of the key， for the motor oil level measurement is an important aspect. With the development of science and technology， oil level detection technology has been developed from manual observation to automatic detection. This paper mainly introduces the device which takes STM32F103 as the center control chip and cooperates with different function modules. The device can be accurately detected in real time and can be displayed and controlled accordingly.

Keywords： oil level measurement； motor； real-time detection； automatic control

隨著當(dāng)今生產(chǎn)力水平的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)也快速發(fā)展，對(duì)大電機(jī)的使用要求也越來(lái)越嚴(yán)格，電機(jī)油箱油位的測(cè)量技術(shù)也隨之發(fā)生改變。傳統(tǒng)對(duì)電機(jī)油箱油位的檢測(cè)是靠人為觀察或者浮子閥控制，難以實(shí)時(shí)獲取油箱液位的精確數(shù)值，不能及時(shí)采取相應(yīng)措施，易發(fā)生嚴(yán)重事故，給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)不必要的重大損失，所以需要一種更穩(wěn)定、安全、有效的油位測(cè)量方式。

根據(jù)電機(jī)油箱具有密封、易燃等特點(diǎn)，本文選擇采用非接觸式液位測(cè)量，提出利用超聲波傳感器和相應(yīng)模塊制作測(cè)量、顯示裝置來(lái)檢測(cè)電機(jī)油箱液位的方法。本裝置具有體積小、安裝簡(jiǎn)便、成本投入低、安全可靠，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

1 電機(jī)油位測(cè)量顯示裝置的設(shè)計(jì)

本裝置是依據(jù)超聲波傳感器的“發(fā)出脈沖——接收回波測(cè)距”原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。超聲波是振動(dòng)頻率高于20kHz的聲波，具有沿直線傳播、能穿透物體和在遇到障礙物（介質(zhì)改變）時(shí)可以反射聲波的特點(diǎn)，所以本裝置是由超聲波發(fā)射探頭發(fā)射一定頻率的超聲波，超聲波在傳播過(guò)程中遇到油面時(shí)被反射回來(lái)，經(jīng)過(guò)T時(shí)間，超聲波接收探頭便能接收到從油面處反射回來(lái)的聲波。假設(shè)超聲波發(fā)射探頭到油面的距離為H，又可知聲波在空氣中的傳播速度為V，則H=V*T/2。當(dāng)測(cè)量出超聲波發(fā)射探頭到油箱底部的距離L，就可以得出被測(cè)量的油位高度h=L-H。

電機(jī)油位測(cè)量顯示裝置的設(shè)計(jì)總體框圖如圖1所示。

當(dāng)控制芯片STM32F103輸出控制信號(hào)后，由超聲波發(fā)射探頭向外發(fā)射一定頻率的超聲波信號(hào)，經(jīng)油面反射，由超聲波接收探頭接收，接收到的信號(hào)作為控制芯片的輸入信號(hào)，控制芯片將信號(hào)與設(shè)定值比較，并按某種控制規(guī)律對(duì)差值進(jìn)行計(jì)算，將運(yùn)算結(jié)果傳送給油位顯示電路，并根據(jù)相關(guān)設(shè)定的參數(shù)要求看是否進(jìn)行報(bào)警或驅(qū)動(dòng)油泵補(bǔ)油等相應(yīng)操作。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

本裝置硬件電路的設(shè)計(jì)主要是完成模擬電路和數(shù)字電路兩部分，包括：核心電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、油位顯示電路、報(bào)警電路、驅(qū)動(dòng)電路和矩陣按鍵電路等設(shè)計(jì)。

2.1 核心電路

核心電路主要由五部分組成，而每部分具有各自的特點(diǎn)。核心電路接線圖如圖2所示，主要包括復(fù)位、晶體振蕩器、TTL電平串口、通用I/O口、電源與接地等組成部分。

2.2 超聲波發(fā)射電路

在超聲波的發(fā)射電路中，采用555時(shí)基電路作為超聲波脈沖信號(hào)發(fā)生器?？刂菩酒瑥墓苣_PB0輸出控制信號(hào)，經(jīng)高速光電耦合器隔離，將該信號(hào)送入555時(shí)基電路，然后利用555時(shí)基電路產(chǎn)生40kHz的超聲波，再將40kHz的超聲波送入超聲波發(fā)射探頭發(fā)射。本裝置中使用的控制芯片STM32F103系統(tǒng)電源電壓為3.3V，555定時(shí)器的電源電壓是12V。

2.3 超聲波接收電路

超聲波的接收電路主要使用的是CX20106芯片，它是一款紅外線檢波接收專用芯片。當(dāng)超聲波接收探頭接收到40kHz的信號(hào)時(shí)，使用CX20106集成芯片對(duì)40kHz信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，然后在輸出端產(chǎn)生一個(gè)低電平下降脈沖，這個(gè)脈沖連接到控制芯片的管腳PB1作為信號(hào)輸入。

2.4 液位顯示電路

液位顯示電路選擇的是LCD1602顯示模塊，它是專門(mén)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。具有操作簡(jiǎn)便、耗電量低、顯示穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

2.5 報(bào)警電路

報(bào)警電路由蜂鳴器、三極管、發(fā)光二極管和一個(gè)電阻組成。當(dāng)報(bào)警電路輸入端接收到控制芯片發(fā)出的低電平信號(hào)時(shí)，三極管起放大作用，然后報(bào)警裝置啟動(dòng)。當(dāng)油位過(guò)低時(shí)，報(bào)警裝置啟動(dòng)，L1發(fā)光二極管閃爍發(fā)光，同時(shí)油泵自動(dòng)給油箱中加油，直至油位正常，L1停止閃爍。當(dāng)油位過(guò)高時(shí)，報(bào)警裝置開(kāi)始運(yùn)行，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，L2發(fā)光二極管開(kāi)始以每秒一次的頻率閃爍，油泵停止工作。

2.6 驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路主要元件包括光電耦合器、雙向晶閘管和壓敏電阻等。當(dāng)控制芯片的PB2管腳發(fā)出低電平信號(hào)時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光，同時(shí)雙向晶閘管接收光電耦合器發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)導(dǎo)通，油泵得電而運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)給油箱補(bǔ)油。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

本裝置的軟件部分運(yùn)用嵌入式C語(yǔ)言進(jìn)行編程，控制芯片選用STM32F103，程序每一部分按功能不同劃分成相應(yīng)模塊，主要包括設(shè)置系統(tǒng)初值、產(chǎn)生超聲波信號(hào)、接收超聲波信號(hào)、分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)、顯示液位、設(shè)置矩陣按鍵、驅(qū)動(dòng)電路以及報(bào)警閃爍響應(yīng)。

程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

4 調(diào)試仿真

本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用MDK Keil軟件進(jìn)行編程仿真。當(dāng)多次檢查程序和原理圖均無(wú)錯(cuò)誤后，下載程序，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同結(jié)果來(lái)判斷本程序是否仍舊存在錯(cuò)誤，并且根據(jù)相應(yīng)錯(cuò)誤及時(shí)修改相關(guān)的程序。

5 結(jié)束語(yǔ)

電機(jī)油位測(cè)量顯示控制裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，線路上通過(guò)光電隔離器分離了強(qiáng)弱電的互相干擾，同時(shí)布置線路板時(shí)也對(duì)各種干擾采取了相應(yīng)的辦法進(jìn)行處理，雖然都由相對(duì)簡(jiǎn)單的電路組成，但所包含的功能多樣、測(cè)量準(zhǔn)確，適用于各種需要液位測(cè)量工作的工業(yè)生產(chǎn)中，作為一個(gè)實(shí)用性很強(qiáng)的自動(dòng)測(cè)量顯示控制裝置。

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