1、1利用压力传感器实现液位控制系统的设计摘要:控制器 单片机,液位控制高度,报警、高度显示等功能,由于增加了气体压力传感器,使其具有与液面不接触的特点,可用于有毒、腐蚀性液体液位的控制,具有较高的研究价值。该控制器不仅可用于学校进行教学研究,还可用于生产实际,是目前比较缺少的一种产品。 关键词:传感器;A/D 转换;控制器;外围硬件电路 中图分类号:TP273 TP212 TH812 文献标识码:A 文章编号:1673-0992(2010)07A-0042-02 0 引 言 随着微电子工业的迅速发展,单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中,为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。
2、经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目,通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外,液位控制在高层小区水塔水位控制,污水处理设备和有毒,腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。 1 系统设计方案比较说明 对于液位进行控制的方式有很多,而应用较多的主要有 2 种,一种是简单的机械式控制装置控制,一种是复杂的控制器控制方式。两种方式的2实现如下: (1)简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等,这种控制形式的优点是结构简单,成本低廉。存在问题是精度不高,不能进行数值显示,另外很容易引起误动作,且只能单
3、独控制,与计算机进行通信较难实现。 (2)复杂控制器控制方式。这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器,把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号,经过前置放大、多路切换、A/D 变换成数字信号传送到单片机,经单片机运算和给定参量的比较,进行 PID 运算,得出调节参量;经由 D/A 变换给调压/变频调速装置输入给定端,控制其输出电压变化,来调节电机转速,以达到控制水箱液位的目的。 针对上述 2 种控制方式,以及设计需达到的性能要求,这里选择第二种控制方式,同时考虑到成本需要把 PID 控制去掉。最终形成的方案是,利用单片机为控制核心,设计一个对供水箱水位进行监控的系统。根据监控对象的特
4、征,要求实时检测水箱的液位高度,并与开始预设定值做比较,由单片机控制固态继电器的开断进行液位的调整,最终达到液位的预设定值。检测值若高于上限设定值时,要求报警,断开继电器,控制水泵停止上水;检测值若低于下限设定值,要求报警,开启继电器,控制水泵开始上水。现场实时显示测量值,从而实现对水箱液位的监控。 2 工作原理 基于单片机实现的液位控制器是以 AT89C51 芯片为核心,由键盘、数码显示、A/D 转换、传感器,电源和控制部分等组成。工作过程如下:水箱3(水塔)液位发生变化时,引起连接在水箱(水塔)底部的软管管内的空气气压变化,气压传感器在接收到软管内的空气气压信号后,即把变化量转化成电压信号
5、;该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为 05 V 标准信号,送入 A/D 转换器,A/D 转换器把模拟信号变成数字信号量,由单片机进行实时数据采集,并进行处理,根据设定要求控制输出,同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是直观地显示水位高度,可任意控制水位高度。 3 硬件设计 液位控制器的硬件主要包括由单片机、传感器(带变送器)、键盘电路、数码显示电路、A/D 转换器和输出控制电路等。 3.1 单片机 单片机采用由 Atmel 公司生产的双列 40 脚 AT89C51 芯片。 3.2 传感器 传感器使用 SY 一 9411LD 型变送器,它内部
6、含有 1 个压力传感器和相应的放大电路。压力传感器是美国 SM 公司生产的 5552 型 OEM 压阻式压力传感器,其有全温度补偿及标定(O70),传感器经过特殊加工处理,用坚固的耐高温塑料外壳封装。 在水箱底部安装 1 根直径为 5 mm 的软管,一端安装在水箱底部;另一端与传感器连接。水箱水位高度发生变化时,引起软管内气压变化,然后传感器把气压转换成电压信号,输送到 A/D 转换器。 3.3 键盘电路 P1 口作为键盘接口,连接一个 44 键盘。 43.4 液位显示电路 液位显示采用数码管动态显示,范围从 0999(单位可自定),选择的数码管是 7 段共阴极连接,型号是 LDSl8820。
7、在这里使用到了 74LS373,它是一个 8 位的 D 触发器,在单片机系统中经常使用,可以作地址数据总线扩展的锁存器,也可以作为普通的 LED 的驱动器件,由于单独使用HEF4511B 七段译码驱动显示器来完成数码管的驱动显示,因此 74LS373 在这里只用作扩展的缓冲。 3.5A/D 转换电路及控制输出 A/D 转换电路在控制器中起主导作用,用它将传感器输出的模拟电压信号转换成单片机能处理的数字量。该控制器采用 CMOS 工艺制造的逐步逼近式 8 位 A/D 转换器芯片 ADC0809。在使用时可选择中断、查询和延时等待 3 种方式编制 A/D 转换程序。控制输出主要有上下限状态显示、超
8、限报警。另外在设计过程中预留了串行口,供进一步开发使用。 4 软件设计 4.1 键盘程序 由于键盘采用的是 44 结构,因此可使用的键有 16 个,根据需要分别定义各键,09 号为数字键,1015 号分别是确定键、修改键、移位键、加/减键、取消键和复位键。程序如下: KEY: MOV P2,#07H;用反转法查键 KEY1: MOV b,A ;有键按下,存键码 MOV A,P2 MOV DPTR,#BABLE 5MOV A,#07H MOV R3,#OFFH;存顺序码单元初始化 MOVB,A KEY2:INC R3 MOV P3,#OF8H MOV A,R3 MOV A,P2 MOVC A,D
9、PTR ANL A,#OF8H CJNE A,KEY3;判键码,求顺序码 ORL A,B MOV A,R3 ;若找到键码,存顺序码 CJNE A,#OFFH,KEY1 RET RET;无键按下 KEY3: CJNE A,# 0FFH,KEY2 ;判是否查完 RET ;已查完,键码未找到,以无键处理 TABLE:DB 0F6H,0EEH,0DEH,0BEH,7EH ;按键码特征码表 DB 0F5H,0DEH,0DDH,7DH DB 0F3H,0EBH,0DBH,7BH,0FFH . 6(2)A/D 转换子程序 A/D 转换子程序如下: ADCC:PUSH ACC;模数转换程序 PUSH B MO
10、V DPTR,#0BFFFH MOVX A,DPTR;读模数转换值 MOV B,#0AH;十六/十进制转换 DIV AB MOV DSP1,B MOV B,#0AH BIV AB MOV DSP2,B MOV DSP3,A POP ACC SETB EA RETI . 值得注意的是,在用汇编语言编写控制器程序时,相对会比较麻烦,如果用 C 语言编写程序会简单很多,这里就不再做具体说明。 5 结束语 7基于单片机实现液位控制器模型设计的关键在于硬件电路的正确构建,只有在电路准确的前提下再进行软件编程才能取得成功。 参考文献: 1黄智伟.传感器技术.2002,21(9):3133 2窦振中.单片机原理主程序设计.北京航空航天大学出版社.2000 3贾民平.测试技术.高等教育出版社
