基于51單片機的液位檢測系統

　　隨著(zhù)現代測量技術(shù)的發(fā)展，對測量系統提出了越來(lái)越高的要求。在自動(dòng)蒸餾測控系統中，準確及時(shí)地檢測出蒸餾過(guò)程中從冷凝管餾出的第一滴液滴是獲取初餾點(diǎn)的前提；實(shí)時(shí)、準確地測量出量筒中回收液體體積的變化是控制蒸餾過(guò)程中不同時(shí)段不同蒸餾速度的依據。而目前擔負著(zhù)對冷凝管餾出的液滴進(jìn)行檢測、回收、計量、測速等任務(wù)的完成有諸多不盡人意的地方，需要更加完善、合理的液滴、液位檢測跟蹤控制系統。

　　從液位測量的方法看，按檢測器與液體接觸與否分為兩大類(lèi)：一是接觸式測量，二是非接觸式測量。當需要通過(guò)測量液位變化確定體積變化時(shí)，一般采用非接觸式測量方法。但在大多數非接觸式測量中，液位傳感器測試范圍較大，絕對分辨率均大于0.5ml，因而在體積變化范圍為0-100ml，液位變化范圍為0-200mm時(shí)，要達到0.1ml的分辨率，普通的傳感器就難以滿(mǎn)足要求。為此，需要研制一種測量普通100ml玻璃量筒中液體體積實(shí)時(shí)變化的高精度液位檢測系統。

　　針對以上所存在的問(wèn)題，本文介紹了一種以AT89C52單片機為核心的液位檢測系統，實(shí)現了對變化的液位進(jìn)行高精度體積測量的目的。

一、 積測量原理

　　由于量筒的容積是確定的，且制作均勻，那么一定體積的液體在量筒內對應的高度也是一定的。傳感器與螺桿是相互耦合的，螺桿的頂端與步進(jìn)電機的中軸是直接相連的，步進(jìn)電機每走一步，螺桿就跟著(zhù)轉一個(gè)小角度。因此，在電機步距和螺桿螺距一定的情況下，量筒的單位高度與電機步數成正比關(guān)系。于是，可將量筒內液體的體積直接轉換成電機的步進(jìn)數，即電機每走一步所代表的液體的體積是多少毫升。

圖1　體積測量示意圖

　　體積測量示意圖如圖1所示。為了確定電機的步進(jìn)數與確定量筒內液體的體積毫升數之間的換算關(guān)系，我們需要對此系統進(jìn)行校準，具體校準的方法是：

1. 測量體積為10ml液體的電機步進(jìn)數，將其值設為L(cháng)1；

2. 測量體積為100ml液體的電機步進(jìn)數，將其值設為L(cháng)2；

　　根據以上步驟記錄的數據，計算出電機每走一步所代表的體積毫升數，將其值設為T(mén)，則有如下的計算公式：T=90/（L2-L1）。這樣就可以很方便地計算出跟蹤器所跟蹤的液體體積。

二、 硬件電路組成及原理

　　本系統的基本組成是：紅外光電傳感器、輸入電路、時(shí)鐘電路、復位電路、顯示電路、步進(jìn)電機及驅動(dòng)電路、單片機實(shí)時(shí)處理與控制電路等。

　　其基本的工作原理是：紅外光電傳感器檢測到的各種信號，經(jīng)過(guò)信號處理電路后，把光信號轉換成了電信號，同時(shí)把電信號送給單片機進(jìn)行判斷和計算處理后，再發(fā)出控制指令，控制步進(jìn)電機工作，完成對變化液位的檢測與跟蹤。

該硬件電路原理框圖如圖2所示：

圖2　硬件電路原理框圖

1、紅外光電傳感器

　　紅外光電傳感器是由紅外發(fā)射二極管和敏感三極管組成，紅外發(fā)射二極管發(fā)出的紅外光的波長(cháng)和敏感三極管的受光波長(cháng)相同或相近。當發(fā)射管和接受管之間沒(méi)有障礙物時(shí)，敏感三極管由于收到紅外光信號而導通，電路輸出電平為低電平；當發(fā)射管和接受管之間有障礙物擋住時(shí)，敏感三極管由于收不到紅外光信號而截止，電路輸出電平為高電平。

　　該系統中，對量筒中的液體表面的檢測基本上是利用散射原理，在玻璃量筒中液體表面處的液體會(huì )發(fā)生外延現象或吸附現象而形成一個(gè)環(huán)形曲面，這個(gè)曲面正好供我們檢測用。它是由一對紅外光電對管組成的，在玻璃量筒中液體表面處的液體會(huì )發(fā)生外延現象或吸附現象而形成一個(gè)環(huán)形曲面, 由于散射作用，接收管接收不到發(fā)射管的紅外光信號而截止，電路輸出電平為高電平。因此,可以利用其輸出電平的高低來(lái)檢測液面的位置，其輸出信號再通過(guò)電纜輸出到單片機接口電路和顯示驅動(dòng)電路進(jìn)行處理。為了適應本系統的特殊要求，我們將紅外發(fā)射、接受管分別裝在U形板的兩邊，兩管距離大于玻璃量筒的直徑。為了減少外來(lái)自然光的干擾，在兩管的發(fā)射、接受頭安裝有一定深度的導光孔槽，它一方面減少了外來(lái)光的干擾，另一方面可以限制光束直徑，以利于提高檢測分辨率。