液位檢測裝置的設計

高云 鄧正濤 宿州學院 機械與電子工程學院 安徽宿州 234000

1 引言

目前，許多工農業單位都需要進行液位測量。傳統的液位測量基本上是人工測量。隨著科學的發展，對液位測量精度的要求越來越高，測量液位的種類也越來越多。例如腐蝕性很強的液體；有毒的或有毒的液體。缺點是人工測量精度低，耗時長。當人們接觸污染、有毒液體或難以接觸時，人工測量會造成很多麻煩。而基于單片機的液位的污濁不會對它造成影響。

2 基于51單片機的液位檢測裝置的總設計方案

此液位檢測裝置是以單片機為主控中心，外圍電路由液位變送器、電位轉化電路、蜂鳴器、電流電壓轉化模塊以及液晶顯示模塊組成。主電路使用單片機作為液位測量裝置的主控單元，測量裝置采用外部晶體振蕩器作為時鐘源，具有手動按鍵復位功能。該主控單元在整個測量裝置中起到了核心作用。液位測量裝置選用變送器。它將水壓強信號轉變為的電流信號，通過電流 / 電壓信號轉換模將電流信號轉換為的電壓信號，通過 AD 轉換將電壓信號轉變成單片機可讀取的數字信號。經過處理后經液晶顯示。

3 硬件電路設計

硬件電路設計是液位測量裝置的重要組成部分，主要包括：信號檢測與處理電路設計、液位顯示電路設計、電源模塊、單片機最小系統模塊等。

3.1 電源模塊

電源模塊直接選擇雙USB數據線與電腦相連供電，可以直接滿足單片機的5V電壓的運行條件。

3.2 A/D轉換電路

A/D轉換芯片ADC0804為8路模擬信號的分時采集，片內有8路模擬選通開關，以及相應的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉換時間為100μs左右。允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉換器進行轉換，這是一種經濟的多路數據采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉換結果通過三態輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統數據總線相連。

3.3 LCD液位顯示電路

1602液晶是兩行各16字符的字符型液晶，該液晶擁有體積小、功耗低、顯示操作簡單等優點，剛好滿足本設計對于液晶的要求。同時還要加上一個3K電阻，用于調節液晶的電壓與電流。

3.4 最小系統模塊

RST：復位輸入。在單片機工作期間，當此引腳上出現連接2個機器周期的高電平時可實現復位操作。復位電路除了具有上電復位功能外，還可通過復位鍵迫使RESET為高電平。當系統通電時，RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RESET引腳的高電平將逐漸下降。RESET的高電平只有保持足夠的時間（2個機械周期），單片機才可以進行復位操作。時鐘電路采用12MHz的晶振，XTAL1:反向放大振蕩器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。XTAL1腳是內部反相放大器的輸入端，而XTAL2腳是該放大器的輸出端。在晶體振蕩中，晶體工作于基本響應模式，它作為一個感抗與外部電容形成并聯諧振，使正反饋放大器維持震蕩。所選電容為瓷片電容22PF，因為22PF對于工作于1MHZ以上的晶振都能獲得良好的效果。以下是最小系統模塊設計圖

圖1 最小系統設計電路

4 軟件設計

通過滿程是可以計算出，該過程要通過初始化液位傳感器進行初始化測試和運算。當正常開始工作時最終液位深度，這里是滿程液位傳感器壓強信號經過轉換后的數，是實際測量時液位傳感器壓強信號經過轉換后的數字信號和分別是滿程時液位傳感器的深度和實際測量時液位傳感器的深度。

5 結論

由于本設計使用的是以單片機作為核心控制元件使液位檢測系統具有功能強、性能可靠。電路簡單、成本低的特點，加上經過優化的程序，使其有很高的智能化水平。液位變送器傳出的信號是電流信號，通過運放集成電路芯片組成的電流電壓信號轉換模塊將電流信號轉換為電壓信號，再 AD 轉換模塊將電壓信號轉變為數字信號傳送到單片機中。通過公式計算液體中液位變送器處壓力，由此可以推出液體的深度是 h=(P-P0)/ρgh ，將計算出的數據顯示到LCD1602 液晶顯示模塊中，如果液體深度超出預定范圍，蜂鳴器產生報警。