Navorsing oor outomatiese vlakbeheerstelsel ontwerp deur ultrasoniese sensor

Stelselfunksie-oorsig en blokdiagram

 

Hierdie ontwerp gebruik MCS-51 enkelskyfie mikrorekenaar gekombineer met digitale skyfie en analoog stroombaan om die opsporing en outomatiese beheer van watervlak te voltooi. Die basiese ultrasoniese sensor dele wat die gasheer stel die vloeistof vlak van homself en die slaaf deur die sleutelbord, die ultrasoniese sensor meet die spanning waarde wat ooreenstem met die huidige water vlak, en stuur dit dan na die beheerder en vergelyk met die ingestelde waarde deur die analoog-na-digitaal omskakeling, en die enkel-chip rekenaar beheer die solenoïde klep pas die vloeistof vlak van die gasheer, en vertoon die gestelde waarde en huidige waarde; die gasheerbeheerder stuur die vasgestelde waarde na die slaafbeheerder deur middel van 485-kommunikasie, en die slaafbeheerder kan ook die vloeistofvlak soos die gasheerbeheerder beheer, En die vasgestelde waarde en huidige vloeistofvlakwaarde van die gasheer deur die LCD vertoon; en gebruik 485 kommunikasie om die huidige vloeistofvlak van die slaaf na die gasheer te stuur en dit te vertoon.

 

Die stelsel bestaan ​​uit 'n enkelskyfie-mikrorekenaarstelsel-dataverwerkingsmodule, A/D-data-invoermodule, 485 kommunikasiemodule, vloeistofvlakbeheer- en alarmmodule, sleutelbord en vertoonmodule. Skema demonstrasie en vergelyking neem die vereistes van die stelsel in ag. In die seleksieproses van die toestel is die fokus op die keuse van ultrasoniese vloeistofvlaksensor  en analoog-na-digitaal-omskakelingskyfies.

 

sensor

Tydens die stelselontwerpproses is die volgende drie ultrasoniese sensors gekies en vergelyk.

Oplossing 1: Druksensor

 

 

Tans is die meeste van die vloeistofvlakdruksensors inset-statiese druk-vloeistofvlaksenders, en inset-statiese druk-vloeistofvlaksensors kan slegs akkuraat gemeet word met verwysing na atmosferiese druk. Die ventilasie in die verbindingskabel sal egter deur die omgewing beïnvloed word, wat veroorsaak dat die binnewand van die tragea kondensasie, kondensasie. Dou druppels op elektroniese toestelle en sensors kan akkuraatheid of uitsetverdryf beïnvloed. Terselfdertyd, as die kondensasie te vinnig is, sal die dienslewe van die sender aansienlik verkort word. Hierdie druksensor word maklik deur die omgewing beïnvloed en veroorsaak onakkurate meting, en is ongerieflik om te installeer.

 

Opsie 2: Piëzoresistiewe druksensor

Die piëzoresistiewe sensor gebruik 'n geïntegreerde stroombaanproses om direk 'n diffuse varistor op 'n silikon plat diafragma in 'n sekere kristaloriëntasie te maak; die silikon plat diafragma het goeie elastiese eienskappe wanneer dit effens vervorm is. Wanneer die silikonwafer gedruk word, veroorsaak die diafragma se vervorming die weerstand van die diffusieweerstand om te verander; hierdie varistor word maklik beïnvloed deur die eksterne omgewing, soos temperatuur, wat lei tot onakkurate meting, en die volume is oor die algemeen groot, dit is nie maklik om te installeer en nie maklik om te dra nie; oor die algemeen is die akkuraatheid daarvan relatief laag. Dit kan nie aan die ontwerpbehoeftes voldoen nie.

 

Oplossing 3: Ultrasoniese sensor

Ultrasoniese sensor is die eerste klein sensor met sleutelinstellingsfunksie en selfdiagnosefunksie in die bedryf. Alhoewel dit klein is, het dit die funksies van ander groot sensors. Dit is maklik om te installeer en te gebruik en word nie deur die kleur van die meetvoorwerp beïnvloed nie. Dit het baie spesiale funksies, soos: selfdiagnose LED-skerm en sleutelinstellingsfunksie, temperatuurkompensasiefunksie, wat analooghoeveelheid of skakeluitset kan kies, ens .; sy kragtoevoerspanning is 10 ~ 30V, meetbereik is 30mm ~ 300mm, uitsetspanning is 0V ~ 10V, uitsetstroom is 4mA ~ 20mA, die minimum lasimpedansie is 2.5 ohm, en die akkuraatheid kan 0.5mm bereik, Die vorm is verdeel in reguit tipe en reghoekige tipe. Die induksiekaliber is 18mm. Die ultrasoniese sensor het die voorwaardes om te voldoen aan die vloeistofvlakbeheer van 0-25cm wat deur die ontwerp vereis word, en die vereiste dat die vloeistofvlakfout nie ±0.3cm oorskry nie, en los die probleem van ongerieflike installasie op. Daarom kies hierdie ontwerp 'n ultrasoniese sensor met hoë akkuraatheid en klein grootte.

 

A/D-omskakelaar

Die akkuraatheid en werkverrigting van die A/D-omsetter wat gebruik word, beïnvloed direk die akkuraatheid van die data wat deur die agterkant-mikrobeheerder ontvang word. Hier vergelyk en ontleed ons die volgende twee AD-omsetters.

 

Oplossing 1: Gebruik 8-bis ADC0809 A/D-omskakelaar

ADC0809 is 'n algemeen gebruikte 8-bis A/D-omsetter, wat 'n opeenvolgende benaderingstipe is. ADC0809 word aangedryf deur 'n enkele +5V. Die skyfie bevat 8 analoog elektroniese skakelaars met 'n grendelfunksie, wat kan reageer op 0 tot +5V 8 analoog spannings. Die sein word omgeskakel in tyddeling, en dit neem ongeveer 100 ons om 'n omskakeling te voltooi, so die spoed is vinniger, maar die ADC0809-skyfie het 'n lae resolusie en onvoldoende akkuraatheid, wat nie aan die vereistes van hierdie stelsel kan voldoen nie en nie gebruik word nie.

 

Opsie 2: Gebruik 4 en 'n half dubbel integrale A/D-omskakelaar ICL7135

ICL7135 is 'n wyd gebruikte A/D-omsetter, 'n integrale A/D-omsetter met dinamiese BCD-kode-uitvoer. Sy kenmerke is: hoë presisie, outomatiese polariteit-omskakelingsuitset, outomatiese nulkalibrasie, enkelkragtoevoerwerking en dinamiese BCD-kode-uitvoer. Aangesien die dubbelintegrasietyd van die dubbelintegrasiemetode relatief lank is, is die A/D-omskakelingspoed stadig, gewoonlik (3 tot 10) keer/s. Daarbenewens is die integrasie van die periodiek veranderende interferensiesein nul, en die anti-interferensieprestasie is ook relatief goed. In die geval van dieselfde akkuraatheid is die prys laer as die opeenvolgende benadering tipe A/D-omsetter, dus is dit meer geskik om hierdie tipe A/D-omsetter te gebruik in die geleenthede waar die spoedvereiste nie hoog is nie.

 

Met inagneming van die vereistes van die ultrasoniese sensor vir afstandmeting  , hierdie ontwerp gebruik die ICL7135 A/D-omsetter met hoë beheerakkuraatheid. Hardewarekring en sagteware-ontwerp. Die hardewarekring van hierdie ontwerp sluit die minimum stelselkring, vloeistofvlakbeheer- en alarmkring, seinverkrygings- en transmissiekring, sleutelbord en vertoonmodule in. Minimale stelsel (kragtoevoerkring en I/O-uitbreiding en strobebord-ontwerp wat in hierdie 80-stelsel gebruik word en die 5-stelsel is gebaseer op die 80-stelsel). dit het goeie skaalbaarheid. Die SVE is verbind met 'n kristal ossillator van 11.0592MHz, wat hoofsaaklik saamgestel is uit 'n 74LS373 grendelkring, 'n 74LS138 dekodering stroombaan, knoppies, 'n vertoontoestel, 'n ICL7135 en sy perifere tipiese stroombane, en gebruik 8255 om die I/O koppelvlak uit te brei. Die minimum stelselkring word in Figuur 2 getoon.

sagteware ontwerp

Die sagteware-onderdeel gebruik hoofsaaklik 51-reeks enkelskyfie-mikrorekenaar as die kontroleerder, die uitsetspanning van die sensor word gemonster, die monsterwaarde word vergelyk met die vasgestelde waarde, die enkelskyfie-mikrorekenaar beheer die solenoïdeklep om die vloeistofvlak aan te pas, die gasheer stel die waarde op die uitbreiding deur 485 kommunikasie, en die uitbreidingsbeheerder beheer die uitbreidingsvloeistofvlak. Die sagteware-deel bevat ICL7135-steekproefdeel, 485-kommunikasiedeel, digitale verwerkingsdeel, vertoondeel, sleutelborddeel ensovoorts. Om die onakkurate metingsdata wat veroorsaak word deur die beweging van die ultrasoniese sensor vir afstandmeting te vermy, word 'n nulaanpassingsfunksie veral bygevoeg om die akkuraatheid van die stelsel verder te verbeter. Die hoofprogramvloeidiagram word in Figuur 4 getoon.

Eksperimentele resultate en analise

Die vereiste toetstoerusting is 'n 4-syfer 1/2 hoë-presisie digitale multimeter, skaal en 100M dubbelspoor digitale ossilloskoop.

Uit die bogenoemde data kan ons sien dat die toetsdata-akkuraatheid van elke opsporingseenheid van die stelsel baie hoog is, die vloeibare kristalvertoningwaarde en die gemete waarde is baie naby aan die vasgestelde waarde, daar is 'n lineêre verband met die sensor se uitsetspanning, en 'n sekere proporsionele verhouding met die gewig, Dit is onlosmaaklik van die keuse van hardeware en die ooreenstemming van sy parameters en die keuse van sagtewarebeheeralgoritmes.

Ontwerp opsomming

Hierdie ontwerp gebruik hardeware soos ultrasoniese sensor, ICL7135 en ander hoë-presisie skyfies en instrumente vir vloeistofvlakmeting, sodat vloeistofvlakakkuraatheid baie hoër is as die vereiste dat die vloeistofvlakfout nie ±0.3cm oorskry nie. Hierdie ontwerp gebruik ook MAX485-kommunikasie, OCM4X8C LCD-skerm met vloeibare kristal en ander skyfies en komponente, wat die ontwerp meer in ooreenstemming met die werklike toepassingsvereistes maak, en die moeilikheid van sagteware-ontwerp dienooreenkomstig verminder. In sagteware verminder die gebruik van gestandaardiseerde programmeringsmetodes effektief die stoorspasie wat deur die program benodig word. Tans word hierdie onderwerp hoofsaaklik gebruik vir die opsporing van grondwatervlak.