0引言
　　液位包(bāo)括液位信号(hào)器和連續液(ye)位測量兩種(zhong)。液位信号器(qì)是對幾個固(gù)定位置的液(ye)位進行測量(liàng)，用于液位的(de)上、下限報警(jing)🔞等;連🏃續液位(wèi)測量是對液(ye)位連續地進(jin)行測量，廣泛(fàn)應用于農❓田(tian)灌溉👌、定量施(shi)量、高爐沖渣(zhā)水📐位測量、環(huán)境監測等🈚農(nóng)業生産領域(yu)，具有非常重(zhòng)要的🤞意義。目(mu)前，對液位測(ce)量的精度要(yao)求不💰僅愈來(lai)愈高，且需要(yao)測量儀能夠(gou)适應一些特(tè)✨殊環境，如高(gāo)溫、高壓、強🌈放(fàng)射性及強腐(fǔ)蝕性等條件(jiàn)。液态肥🤞因其(qi)生産費用低(dī)🔴、肥效高、易吸(xī)收、節支🌈增産(chan)效果✊顯著及(jí)施用過程中(zhōng)可以根據需(xū)要加入土壤(rǎng)所缺少的植(zhi)物營養元🌈素(su)等優勢迅速(su)得到了廣泛(fan)應用🌈。而變量(liang)施肥作爲農(nong)業的重❓要部(bu)分，其技術基(ji)礎就是對液(yè)肥液位的準(zhǔn)确控制。目前(qian)市場上，液位(wèi)控制系統大(dà)緻🔞可分爲以(yi)下兩種:
1)機械(xie)式控制系統(tǒng)。機械式控制(zhi)系統結構簡(jiǎn)單、成本低🐪廉(lian);但這種控制(zhì)裝置故障多(duō)、誤動作多，且(qiě)隻能單獨控(kòng)制，與計算機(ji)進行通信較(jiào)難實現。
2)交流(liú)調壓/變頻調(diào)速控制系統(tong)。該系統是通(tōng)過安裝在🔞水(shuǐ)泵出口管道(dào)上的壓力傳(chuán)感器，把出口(kou)壓力變成标(biāo)準工業電信(xin)号的模⛹🏻‍♀️拟信(xin)号，經過前置(zhì)放大、多路切(qiē)換、A/D變換成數(shù)字信号傳送(song)到單片🔱機，經(jing)單片機🈲運算(suan)與給定量的(de)比較，進行PID運(yun)算，得出調節(jiē)參量;經由D/A變(biàn)換給調壓/變(biàn)頻調速裝置(zhi)輸入給定端(duan)，控制其輸出(chū)電壓變化，來(lai)調節電機的(de)轉速，以達到(dào)控制水位的(de)目的。
　　本文以(yi)液态施肥機(ji)爲依托，針對(dui)一定體積的(de)液肥進行液(ye)位😘試驗，通過(guò)以單片機和(hé)投入式液位(wèi)計爲主要硬(ying)件資源設計(jì)硬件電路，畫(huà)出相應的軟(ruan)件流程圖⁉️進(jìn)行測試。數據(ju)分析驗證表(biao)明:該傳感器(qì)在液肥✨液位(wèi)測量中安裝(zhuang)維護方便，能(neng)适應液肥這(zhe)種特殊環境(jing)，其容量和液(ye)位高度的測(cè)量誤差也滿(man)足實際要求(qiú)。
1系統工作原(yuan)理及組成
　　微(wēi)壓式液位計(jì)采用的是壓(yā)力敏感元件(jian)實現力－電轉(zhuan)換。傳感器的(de)液位量程是(shi)0～1．3m，且這段量程(chéng)液位所對🏃‍♂️應(yīng)的深度約合(hé)壓力相比其(qí)他要小很多(duō)，因而稱其爲(wèi)“微壓🚶‍♀️式”。本系(xì)♍統是所選的(de)正是微壓式(shi)傳感器，它将(jiang)液位信号轉(zhuǎn)換爲4～20mA标準電(diàn)信号輸出。
　　若(ruo)設所測液體(tǐ)密度爲ρ，液位(wèi)高度爲h，大氣(qi)壓爲ρ0，重力加(jiā)速度爲🤟g，則液(ye)體所受壓力(li)p=ρgh+ρ0。這時，爲抵消(xiao)大氣壓力變(biàn)化所帶🥰來的(de)🐆測量誤差，傳(chuán)感器變送器(qì)部分采用✏️導(dǎo)氣電纜将大(da)氣壓力ρ0引入(rù)敏感元件的(de)負壓腔，進而(ér)使p=ρgh。顯然👄，若已(yi)知液體密度(du)，通過測取壓(yā)力p就可換算(suan)出相應的液(yè)位高度。
1．1單片(pian)機選型
　　該系(xì)統結構相對(dui)簡單、運行速(sù)度快，考慮到(dao)功能和成本(běn)兼顧👉，采用以(yǐ)擴展性51系列(liè)單片機STC12C5412AD爲核(he)心控制元件(jian)。該芯片具有(yǒu)12kB用🏃🏻戶可自行(hang)安排的FLASH及FEPROM空(kōng)間比例☂️;在同(tóng)樣的工作頻(pin)率下📐，平均指(zhǐ)令運算速度(dù)是普通8051的8～12倍(bèi)［4］，滿足系統對(duì)數據處理的(de)⭐要求，且掉電(dian)模式可♊由外(wai)部中斷喚醒(xing)，适用車😘載信(xin)息系統。系統(tǒng)設計方案圖(tú)如圖1所

1．2投入(ru)式液位計選(xuǎn)型
　　其基于所(suǒ)測液體靜壓(yā)與該液體的(de)高度成比例(lì)的原理，再将(jiāng)靜壓轉換爲(wèi)電信号，實現(xiàn)非電量到電(dian)量的變換，利(lì)用這一特性(xing)來🍉完成對液(ye)位的測量。主(zhǔ)要技術參數(shu)如下:量程1．3m，精(jing)度0．5%Fs，電壓🏃18～36VDC，輸出(chū)4～20mA。
其優點包括(kuò):①能實時測量(liang)罐内各點液(yè)位;②直流4～20mA标準(zhun)電流信号輸(shū)出;③密封性好(hao)，測量元件不(bu)與液肥直接(jiē)接觸，避免了(le)液肥對元件(jiàn)的腐蝕。
2硬件(jian)電路設計
2．1電(diàn)源電路設計(jì)
　　電源電路圖(tu)如圖2所示。圖(tú)2中，爲了保證(zhèng)液位傳感器(qi)能獲💚得24V的直(zhi)流供電，選用(yong)具有DC－DC單片控(kòng)制電路功能(neng)的MC34063芯片，片内(nèi)包含有溫度(dù)補償帶隙基(jī)準源，能輸出(chu)1．5A的開關電源(yuán)，且是使用最(zui)少的外接元(yuan)件構成的升(sheng)壓變換器🔴、降(jiàng)壓變換器和(he)電源反向器(qì)［5］。

　　本系統電源(yuan)電路采用具(ju)有升壓轉換(huan)作用的MC34063芯片(piàn)，與電感✂️L、二極(ji)管D3、三極管TIP122一(yi)起構成電源(yuan)電路。若TIP122導通(tōng)時，+12V的輸入電(diàn)壓經采樣限(xian)流電阻R1、R2，流經(jing)電感L，随着電(dian)感L電流增加(jiā)，其兩端進行(hang)儲存能量。此(ci)時，二極管D3是(shì)防止電容♌C3對(dui)地放電，并由(you)電容C3向負載(zǎi)供電;若TIP122斷開(kai)時，電感L及12V的(de)輸入電壓對(duì)電容C3充電的(de)同時電容C3對(dui)負載供電，負(fù)😘載電壓穩定(ding)在+24V，穩壓的負(fù)反饋信号是(shì)電阻R7、R8的分壓(yā)輸入到MC36063的5腳(jiǎo)。
2．2檢測電路設(shè)計
　　硬件部分(fèn)的核心爲STC12C5412AD，工(gōng)作電壓由LM2576從(cong)24V轉變爲5V來提(ti)供。同💚時，用MCU的(de)3個輸出引腳(jiao)P1．1、P1．2、P1．3連接串并轉(zhuan)換芯片74HC595，就可(kě)實現對系統(tong)所有的顯☁️示(shi)功能及顯示(shi)元件的控制(zhi)。圖3中的74HC595芯片(piàn)Q0～Q7共8位輸出控(kòng)制8個發光二(èr)極管，每個二(er)極管分爲閃(shǎn)、亮2段，共16段，通(tong)過燈的閃亮(liàng)和4個數碼管(guǎn)顯♊示的罐内(nèi)液體容積值(zhí)來記錄相關(guan)液位數據。其(qí)檢測電路原(yuan)理圖如圖3所(suo)示。

3系統軟件(jian)設計
　　系統軟(ruǎn)件是利用51系(xì)列單片機集(jí)成開發工具(ju)來進行♋C語言(yan)設計，采用模(mo)塊化設計方(fāng)式，由系統與(yu)監控程序一(yī)起管理執行(háng)。系統軟件主(zhu)要由主程序(xu)、初始化程序(xù)👅、定時中🙇🏻斷處(chù)理程序組成(chéng)。其中☎️，系統主(zhǔ)程序包括A/D轉(zhuǎn)換📞子程序及(ji)顯示子程序(xù)。系統初始化(huà)後進🥰入主循(xún)環，定時中斷(duàn)處理程序是(shi)對74HC595的💰輸出進(jìn)行控制。系統(tong)主程🈚序流程(cheng)如圖4所示。

4數(shu)據測試及分(fen)析
4．1測試條件(jian)
　　爲驗證本設(she)計的可行性(xìng)，基于所測液(ye)體靜壓與該(gāi)液體的高度(du)❗成比例，再将(jiāng)靜壓轉換爲(wèi)電壓的試驗(yàn)🍉原理，搭建實(shí)際🔞的電🛀🏻路。用(yong)現有的播種(zhǒng)機儲液罐作(zuo)爲容器🚶可容(rong)納近1000L的液體(tǐ)。其實際測量(liang)高度如圖5所(suǒ)示。因液肥與(yu)水密度相近(jin)，所以用水作(zuo)爲測試對象(xiang)🔴，在正式用液(yè)肥時驗證誤(wu)差，算出修正(zhèng)系數，再寫入(ru)♋單片機中進(jìn)行校正。


　　首先(xian)将液位計正(zhèng)确安裝于儲(chǔ)液罐底部，接(jie)通電源⛱️後利(lì)用串有流量(liàng)計的電泵開(kai)始注水，注意(yì)觀察液位的(de)變化🌈，待快🍓到(dao)預☔先暫定的(de)水容量處關(guan)閉電源。此時(shí)，用萬用表讀(dú)取液位計處(chu)理後的電壓(ya)值、記錄表示(shì)高度顯示的(de)LED的燈/閃數及(ji)流量計顯💃🏻示(shì)的實際注水(shuǐ)容量，再💘用米(mǐ)尺丈量☂️水的(de)實際液位高(gao)度。試驗⁉️結果(guǒ)如表1所示。
4．2數(shu)據分析
　　觀察(chá)表1的數據之(zhi)間存在某種(zhǒng)線性關系，用(yòng)Mat-Lab對表1的壓力(li)與🔞容💰量🔴及液(yè)位高度數據(ju)進行一次曲(qǔ)線拟合，如圖(tu)6所示。

　　根據圖(tú)6的拟合曲線(xian)，可得到對應(yīng)的回歸方程(cheng)爲
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其中，x代表(biao)電壓;y1爲容量(liang);y2爲液位高度(dù)。
由此可見:電(dian)壓與容量及(ji)液位高度之(zhi)間确實存在(zài)良好的線性(xìng)相關性，且從(cong)表1中也可以(yi)看出LED燈的亮(liàng)、閃數随液位(wèi)高度而🈲變化(hua)。　　因此，一旦配(pei)比好定量的(de)液肥，在變量(liang)施肥機工作(zuo)時，可以根據(jù)LED燈來判斷其(qi)液位高度🌈，用(yong)數碼管來顯(xiǎn)示其容量。
分(fen)析對比表2的(de)數據可知:液(yè)位高度誤差(cha)在允許範圍(wei)之内，拟合容(róng)量的負數除(chu)了與傳感器(qi)的安裝位置(zhì)及儲液💔罐的(de)形狀有關以(yǐ)外，和換算容(róng)量的基點(零(ling)點)也相關。因(yin)此，可以重新(xīn)選一個容量(liang)和高度基點(diǎn)來解決。

5結論(lùn)
　　以STC12C5412AD單片機爲(wèi)核心的液肥(féi)檢測系統，可(kě)以動态地顯(xiǎn)🔱示液🚩位及🙇‍♀️容(rong)量的變化，實(shi)用性較強，且(qiě)成本低廉。在(zai)随機的測量(liàng)試驗中，節省(sheng)了人力及物(wu)力，同時也提(ti)高了檢🌐測的(de)效🚶率。該投入(ru)式液位計體(ti)積小巧、使用(yong)方便、維護成(cheng)本不高，優于(yú)其他🌏如超聲(shēng)波傳感器。試(shi)驗數據分析(xi)表明:該微壓(ya)傳感器性能(neng)指标能滿足(zú)較高精度要(yao)求的測量，爲(wèi)液肥播種機(jī)的進一步智(zhì)能化奠定🐉了(le)一定的實踐(jian)基礎，對其💛它(tā)的液位測量(liàng)也具有較好(hao)的借鑒作用(yòng)。

以上内容來(lái)源于網絡，如(ru)有侵權請聯(lian)系即删除!