基于單片機的液位控制器設計

姚美蓮

【摘 要】隨著電子工業的發展，單片機控制的智能型控制器在電子產品中的應用越來越廣泛。本文主要介紹了液位控制器的工作方式，以及基于單片機的液位控制器的設計。

【關鍵詞】單片機 液位控制器 設計

【中圖分類號】 TM571【文獻標識碼】A【文章編號】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控制、浮球開關控制、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產品的不同而有所區別，但是主要是過機械式或電子式的方法來對高低液位進行控制，以此實現自動化或半自動化。液位控制在高層小區水塔水位控制、污水處理設備、有毒或腐蝕性液體液位控制中應用較為普遍。隨著電子工業的發展，單片機控制的智能型控制器在電子產品中的應用越來越廣泛。

1 液位控制器的工作方式

1.1 電子式液位開關控制

電子式液位開關控制要實現對液位的自動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行工作時，先是由電子探頭對液位進行檢測，檢測的信號由液位檢測專用芯片進行處理，如果檢測結果顯示液位到達動作點時，液位檢測專用芯片會發出高電平信號或低電平信號，之后水位控制器針對電平信號的不同對液位進行控制。電子式液位器主要體有使用壽命長、安全系數高、價格低廉等特點。

1.2 浮球開關控制

浮球開關控制有大金屬球的浮球開關、帶干簧管的微型浮球開關和電纜式浮球開三種。帶有達金屬球的浮球開關在工作時主要是通過液體浮力的變動實現對閥門的控制，當液體液位上升，則金屬浮球上升，浮球上升帶動閥門關閉，使進水停止；當液體液位下降，則金屬浮球下降，浮球下降帶動閥門打開，使進水開始，如此往復實現對液體液位的控制。帶干簧管的微型浮球開關主要通過磁性小浮球使桿里面的干簧管閉合或打開實現對液體液位的控制。電纜式浮球開關，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到浮筒間的電線長度，雖然其造價低廉，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，則必須進行整個裝置就要替換，否則易引起漏電電人的現象。

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用較多，它主要采用集成電路，根據上下集液池的液位分級提升而設計的。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，同時在集液池發生溢水或缺水時，可以實現排水和補水的作用。雖然這種液位控制在實現集液池排水和補水的過程中表現較好，而且價格也較為低廉，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算液體液位，從而實現對液位的控制。接觸式控制將高頻超聲波脈沖探頭耦合在容器外壁，探頭發出的高頻超聲波脈沖會在在容器壁和液體中傳播，再被容器內表面發射回來，通過中方式計算出液位高度，判斷液位與液位控制機器的位置，當液體液位處于上限或者下限時，控制器產生繼電信號，從而實現對液體液位的控制。這種方式在對液體液位上限和下限進行檢測時，不受介質密度、介電常數、導電性、反射系數、壓力、溫度、沉淀等因素的影響，所以這種方式在醫藥、石油、化工、電力、食品等行業的各類液體液位控制中應用最為普遍，尤其是儲存的液體具有毒性或腐蝕性時，該方式的功用則表現更為優越。雖然這種方式方便、準確，但是其造價較高。

2 基于單片機的液位控制器設計

2.1 基于單片機的液位控制器工作原理

液位控制器的工作方式有多種，筆者利用單片機為控制核心， 設計一個對供水箱水位進行監控的系統。單片機控制固態繼電器的開斷對液體液位進行調整。該設計的核心AT89C51 芯片，主要的組成部分有鍵盤、數碼顯示、A / D 轉換、傳感器、電源和控制部分等。基于單片機實現的液位控制器利用氣壓傳感器和A / D 轉換產生液位高度數據，通過單片機的數據采集，利用數碼管顯示液位高度數據，進而進行液位控制。當液體液位達到上限或者下限時，液體底部的軟管管內空氣氣壓發生變化，由氣壓傳感器將軟管內的空氣氣壓信號轉化成電壓信號，電壓信號生成后進入A / D轉換，A / D轉換將電壓信號轉化成數字信號量，單片機對數字信號量進行采集并處理，最終在數碼顯示管內生成數碼液位高度，之后通過鍵盤設置液位高、低和限定值以及強制報警值，從而實現對液位的自由控制。

2.2 基于單片機的液位控制器設計

2.2.1 單片機

基于單片機的液位控制器設計的單片機是AT89C51 芯片，如圖1。[ 1]該芯片由由Atmel 公司生產，呈雙列，共40腳。A/ D 轉換和顯示連接口在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

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

2.2.3液位顯示電路

基于單片機的液位控制器設計的液位顯示采用數碼管動態顯示。[ 3]其顯示的范圍在0至999之間，單位自定。該液位顯示的數碼管采用的LDS18B20型號的7段共陰極連接數碼管。這種數碼管在單片機中應用較為廣泛，可以作為地址數據總線擴展的鎖存器， 也可以作為普通的LED的驅動器件。

2.2.4 A/ D轉換電路及控制輸出

基于單片機的液位控制器設計的A/ D轉換電路采用的是CMOS 工藝制造的逐步逼近式8位A/ D轉換器芯ADC0809。編制A/ D轉換程序可分為三種，分別是中斷、查詢0和延時。A/ D轉換器，由液位高低變化引起液體底部的軟管管內空氣壓變化，空氣氣壓在傳感器內經過運算放大器和分壓電路把傳感器輸出的電流信號轉換成電壓信號，進而進入A/ D轉換器，由單片機對A/ D轉換器生成的數字信號量進行處理，在數碼顯示管內顯示液位高低。設置液位高、低和限定值以及強制報警值的鍵盤采用P1口作為鍵盤接口， 連接一個4x4鍵盤。結構上采用行列方式，可定義鍵盤布局。

3 結束語

在電子工業的發展的浪潮中，單片機控制的智能型控制器在電子產品中的應用越來越廣泛。隨著基于單片機的液位控制器設計日益完善，其模型的設計必會在具體的個案應用發揮其良好的延伸作用。

參考文獻

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

[2] 胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京：清華大學出版社， 1996.

[3] 劉華東.單片機原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2003