液位测控仪是属于智能化仪器仪表的一种（指采取了微处理器的仪器仪表），其成长始于70年代。它是一种集测量与控制于一体的智能化产品，实用于石油化工、冶金、电力、制药、环保等行业中各类介质的液位测量。本仪器重要针对罐体内液体进行测量并能寂驿重量，实用于对各类液态物质进行静态和动态测量与监控，并具有超限报警和主-大年夜站模式联网功能。

2 体系设计筹划

2.1 液位传感器的选择
1 引言
一般情况下在液位测量中所采取的传感器有：压力传感器、超声波传感器、浮子式传感器等，因为体系设计中请求在测量液位的同时还要实现液体重量的检测。在液罐内，液体重量P的检测可直接应用计算获得，即P=H*S*ρ（H为液体高度CM；S为圆面积M2；ρ为液体比重），是以只有进步液位测试的分辨率才能包管液体重量测试的精度，本体系中液位测试分辨率为1cm。别的，推敲到压力传感寡居口电路相对采取超声波传感器的接口电路要简单，是以肯定采取压力传感器。

2.2 MSP430单片机

MSP430单片机为低功耗16位单片机，具有典范的SOC特点，集成大年夜量外设。尤其是其内部集成的波特率微调器，可以使MCU在不低于32768HZ的随便率性晶振（但不克不及跨越MCU对晶振请求的上限）下工作时，其通信波特率的选择可不受波特率因子不克不及带有小数的限制，即：在波特率的许可范围内可应用随便率性频率的晶振。别的，因为MSP430 MCU内部集成了温度传感器，可以很便利的实现对测液位所用的压力传感器的温度补偿。并且MSP430系列单片机针对不合的应用而由各类不合的模块构成，这些微控制器被设计为可用电池工作，并且可以应用很长时光。

2.3 模仿旌旗灯号转换技巧

因为体系的履行部件为电磁阀，易产生电磁干扰，是以为可以或许靠得住的工作必须要使体系具有较高的抗干扰性。

另一种办法是应用V/F变换器来实现A/D转换。因为V/F变换是应用积分电容的电荷均衡道理实现电压频率转换，是以该方法稳定性好，分辨率高，旌旗灯号线少，便于实现光电隔离以进步体系的抗干扰性，但转换速度相对较慢。


3 体系总体构成构造及工作道理

如图1所示，全部体系由单片机主机体系、传感器旌旗灯号处理电路、液位控制电路、声光报警、键盘、液晶显示、电源模块和通信等模块构成。P1口作为体系的数据线，V/F转换电路的输出旌旗灯号作为中断请求旌旗灯号接至MCU的P2.4脚，P2.6和P2.7为履行部件电磁阀的┞菲握旌旗灯号，分别控制进液、出液电磁阀。声光报警电路的┞菲握旌旗灯号为P2.5。键盘接口电路经由过程P3.0，P3.1和P3.2接入MCU用来控制体系的6个按键。体系经由过程P3.0和P3.3输出旌旗灯号给74HC245用做LCD汉字液晶显示器的数据接口，P3.0和P3.3用做LCD的┞菲握旌旗灯号。P3.4和P3.5为MCU的串行通信数据线，经由通信电路与大年夜机连接，用来进行主站、大年夜站之间的串行通信。体系的电源模块产生3.3V、＋5V和－5V电压，分别为主机体系和传感寡居口电路供给稳定的工作电压。

图1 体系总体构成图

本体系经由过程压力传感器进行液体压力的数据采集，经由V/F转换模块进行液位高度和液体重量的标定，实现高精度的测量。当容器内的液位值跨越了设定值或当心值瓯，体系主动启动报警电路进行声光提示报警。用户可以经由过程键盘设定液位的上、下限值和进液、出液量等参数，以便使容器内液位保持设定的液位值。体系采取大年夜屏幕液晶汉字显示，可以显示出当前液位值、设定的液位高低限值、容器内当前液体重量和进液、出液阀门的状况等。主站控制8个大年夜站中的随便率性一，并完成主站和大年夜站的同步通信，主站具有该体系的所有功能，并且可以对大年夜站中的液位高低限值等进行设置，主站在巡回检测时，可以随便率性设定要萌芽的大年夜站数量、大年夜站号和大年夜站容器中的液位高度。当主站、大年夜站中的液位跨越当心限时，主站可以进行声光报警并能显示报警的大年夜站号。同时大年夜站也可以根据通信协定经由过程通信模块将大年夜站号、液位值和报警旌旗灯号传送给主站，并且大年夜站可以接收主站的┞菲握信息并能主动履行，还可以主动报警和解除报警。体系中大年夜站号可以随便率性设定。同时该体系还可以及时显示工作情况的温度和时光。

推敲到压力旌旗灯号是一个缓变旌旗灯号，一般无须快速采样，为使体系具有较高的抗干扰性，根据分析比较，选择采取V/F变换器来实现对压力旌旗灯号的处理，计算处理较简单，在测量精度方面也能达到应用请求，并且易于做到及时控制。
4 体系的重要硬件电路设计

4.1 V/F转换电路设计

如图2所示，输入电压经射随器UD1A大年夜LM331的7脚输入，电阻RD7 可以抵消6脚的偏流影响，大年夜而减小频率误差，为了削减LM331的增益误差和由RD10、RD11、CD2引起的误差，RD13选用51K电阻CD1为滤波电容。当6脚和7脚的RC时光常数相匹配时，输入电压的阶跃变更将激发誓出频率的阶跃变更，如不雅CD3比CD1大年夜的多那么输入电压的阶跃变更可激发誓出频率的刹时停止，6脚的电阻和电容可以差生滞后效应，以获得优胜的线性度。

图2 V/F转换电路道理图

4.2液位检测及控制电路

体系经由过程压力传感器进行数据旌旗灯号采集，采集到的旌旗灯号经由运算放大年夜器进行旌旗灯号放大年夜。放大年夜后的旌旗灯号送入V/F进行压频转换，将其输出的频率旌旗灯号作为中断请求旌旗灯号接至MCU的P2.4脚，由MCU对其进行处理后，将其转换成液位值，并根据液位设定值和上、下限值控制响应的电磁阀，使容器内液位高度与设定值保持一致。为便于电路的调试和不雅察，每个电磁阀都设有工作状况指导灯，注解当前是出液阀照样进液阀正在工作。颇┞菲握电路见图3。

图3 液位测量及控制电路

4.3 声光报警电路设计

声光报警电路由三极管、发光二极管、电阻、电容、蜂鸣器等构成，当所测到的液位值跨越所设定的当心值瓯，单片机发出报警旌旗灯号，当收到报警旌旗灯号后发光二极管OUT被点亮、蜂鸣器发生发火声音，产生声光报警。

5 体系软件设计

体系的软件采取模块化构造设计，分为六大年夜块即：体系初始化模块、LCD显示模块、按键辨认及处理模块、液位检测及控制模块、主大年夜站通信模块。时光、工作情况温度检测模块。

体系经由过程初始化模块设置显示缓冲区、客栈指针、操作标记和工作存放器、各I/O端口的偏向、体系准时器模块、通信模块、以及体系中断设置等。键盘模块负责按键的辨认和按键处理，当有按键动作时调用响应的按键处理子法度榜样进行处理。可实现对进出的液体量和上、下报警限进行设置，也可应用按键对各电磁阀进论述动控制。当液位跨越当心限时，调用液位检测及控制模块进行响应的┞菲握，以使响应的电磁阀动作。在主动检测和主动控制的同时，将相干数据和控制参数，经由过程通信模块发送给主站。各大年夜站在进行检测和控制的同时也在赓续的┞缝听主站是否有敕令或数据发送过来，如不雅有则急速处理。

6 结论

本仪器可广泛应用于测量水、油、酸类、酒类、饮料等的液位高度。可根据设定的高低两个极限液位，主动控制进液和排液，并具有多台联网功能。本仪器工作机能稳定靠得住，体积小，测量及控制精确灵敏，安装应用便利，功耗低。今朝已在一家食物企业中投入应用。


立异点

一种办法是直接应用MCU内部的A/D转换器，其特点是：无须外围电路，采样速度快，但抗干扰才能较差。
采取的16位单片机MSP430具有高机能低功耗的特点，是代替8位51系列单片机的较浩揭捉择。并且测量办法异常简洁且精度高、测试范围较广，具备称重功能和主-大年夜站模式联网功能。(end) 英国沃森