應(yīng)用超聲波傳感器設(shè)計(jì)水位自動控制系統(tǒng)研究
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液位控制及報(bào)警電路
本設(shè)計(jì)的液位控制電路是一閉環(huán)電路，傳感器把液位傳給單片機(jī)與設(shè)定值比較，單片機(jī)通過對電磁閥的控制來控制液位。用9V 電源對繼電器供電，使用了24V 電源對傳感器供電，用220V 交流電對電磁閥供電；在報(bào)警電路中，利用9V 電源對蜂鳴器供電，當(dāng)液位超過25cm或低于2cm 時發(fā)出報(bào)警。在供水回路中，用電動機(jī)進(jìn)行循環(huán)供水，保證程序的連續(xù)運(yùn)行。
ICL7135 信號采集傳輸電路
本電路由一個小型集成電路來實(shí)現(xiàn)，采樣后的信號經(jīng)過電位器送到ICL7135 進(jìn)行處理，將處理后信號直接送到單片機(jī)最小系統(tǒng)。ICL7135 量程為0～2V，基準(zhǔn)電壓由MC1403 輸出（2.5V）分壓獲得1V 電壓。
HC240 是八位緩沖線/線驅(qū)動器，內(nèi)含八個具有三態(tài)輸出反相緩沖器。三態(tài)輸出的反相緩沖器，輸出允許控制端（ENA、ENB），每一個EN 控制四個緩沖器，1A、2A 數(shù)據(jù)輸入，1Y、2Y 輸出。輸出分別送出個、十、百、千、萬位。
HC157 是四路二選一開關(guān)，1 為選擇輸入端，S 為低電平時，選擇A 輸出；S 為高電平時，選擇B 輸出ICL7135 的BCD 碼的位選通輸出端D1-D5 分別接8 位可編程邏輯接口電路8255的PA0～PA3 和PB0～PB4。CPU 可讀取各個位的狀態(tài)并判斷，在ICL7135 的B1～B8 輸出端讀取BCD 數(shù)據(jù)。ICL7135 信號采集傳輸電路如圖3 所示。
圖3：ICL7135 信號采集傳輸電路
軟件設(shè)計(jì)軟件部分主要是利用51 系列單片機(jī)作控制器，傳感器輸出電壓進(jìn)行采樣，將采樣值與設(shè)定值比較，單片機(jī)對電磁閥控制來調(diào)節(jié)液位，主機(jī)通過485 通訊給分機(jī)設(shè)定數(shù)值，分機(jī)控制器對分機(jī)液位進(jìn)行控制。軟件部分包括ICL7135 采樣部分、485 通訊部分、數(shù)字處理部分、顯示部分、鍵盤部分等。為了避免在傳感器移動造成測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，特別增加了調(diào)零功能，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。主程序流程圖如圖4 所示。
圖4：主程序流程圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
需要的測試設(shè)備有4 位1/2 高精度數(shù)字萬用表、刻度尺、100M 雙蹤數(shù)字示波器。測試結(jié)果如表4-1 所示。
由以上數(shù)據(jù)我們可以看出，系統(tǒng)的各個檢測單元的測試數(shù)據(jù)精度很高、液晶顯示值和測量值與設(shè)定值非常接近，與傳感器輸出電壓成線性關(guān)系，與重量也成一定的比例關(guān)系，這與硬件的選擇及其參數(shù)的匹配以及軟件控制算法的選擇是不可分割的。
設(shè)計(jì)總結(jié)
本設(shè)計(jì)在硬件上，使用S18UUA 超聲波傳感器，ICL7135 等高精度芯片和儀器進(jìn)行液位測量，使所測量的液位精度遠(yuǎn)高于液位誤差不超過±0.3cm 的要求。本設(shè)計(jì)還應(yīng)用了MAX485 通訊，OCM4X8C 液晶顯示LCD 等芯片和元件，使設(shè)計(jì)更符合實(shí)際應(yīng)用的要求，也相應(yīng)的降低了軟件設(shè)計(jì)的難度。在軟件上，采用規(guī)范化的編程方法，有效的減少了程序所需要的存儲空間。
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