Forskning på automatisk nivåkontrollsystem designet av ultralydsensor

Systemfunksjonsoversikt og blokkskjema

 

Denne designen bruker MCS-51 enkeltbrikke mikrodatamaskin kombinert med digital brikke og analog krets for å fullføre deteksjon og automatisk kontroll av vannstanden. Det grunnleggende ultralydsensordeler som verten setter væskenivået til seg selv og slaven gjennom tastaturet, ultralydsensoren måler spenningsverdien som tilsvarer gjeldende vannstand, og sender den deretter til kontrolleren og sammenligner med innstilt verdi gjennom analog-til-digital konvertering, og enkeltbrikkedatamaskinen kontrollerer magnetventilen justere væskenivået til verten, og vise den innstilte verdien og gjeldende verdi på LCD-skjermen; vertskontrolleren overfører den innstilte verdien til slavekontrolleren gjennom 485-kommunikasjon, og slavekontrolleren kan også kontrollere væskenivået som vertskontrolleren, og vise den innstilte verdien og gjeldende væskenivåverdien til verten gjennom LCD-skjermen; og bruk 485-kommunikasjon for å sende det gjeldende væskenivået til slaven til verten og vise det.

 

Systemet er sammensatt av en enkeltbrikke mikrodatamaskinsystem databehandlingsmodul, A/D datainndatamodul, 485 kommunikasjonsmodul, væskenivåkontroll og alarmmodul, tastatur og displaymodul. Plandemonstrasjon og sammenligning vurdere kravene til systemet. I valgprosessen av enheten er det fokus på valg av ultrasonisk væskenivåsensor  og analog-til-digital konverteringsbrikker.

 

sensor

Under systemdesignprosessen ble følgende tre ultralydsensorer valgt og sammenlignet.

Løsning 1: Trykksensor

 

 

For tiden er de fleste væskenivåtrykksensorene inngående statisk trykk væskenivåtransmittere, og inngangsstatiske væskenivåsensorer kan bare måles nøyaktig med referanse til atmosfærisk trykk. Ventilasjonen i tilkoblingskabelen vil imidlertid bli påvirket av miljøet, noe som forårsaker kondens i luftrørets indre vegg, kondens. Duggdråper på elektroniske enheter og sensorer kan påvirke nøyaktigheten eller utgangsdriften. Samtidig, hvis kondenseringen er for rask, vil levetiden til senderen bli kraftig forkortet. Denne trykksensoren påvirkes lett av miljøet og forårsaker unøyaktig måling, og er upraktisk å installere.

 

Alternativ 2: Piezoresistiv trykksensor

Den piezoresistive sensoren bruker en integrert kretsprosess for direkte å lage en diffus varistor på en flat silisiummembran i en viss krystallorientering; den flate silisiummembranen har gode elastiske egenskaper når den er lett deformert. Når silisiumplaten presses, fører membranens deformasjon til at motstanden til diffusjonsmotstanden endres; denne varistoren påvirkes lett av det ytre miljøet, for eksempel temperatur, noe som resulterer i unøyaktig måling, og volumet er generelt stort, det er ikke lett å installere og ikke lett å bære; generelt er nøyaktigheten relativt lav. Det kan ikke møte behovene til design.

 

Løsning 3: Ultralydsensor

Ultralydsensor er den første lille sensoren med nøkkelinnstillingsfunksjon og selvdiagnosefunksjon i bransjen. Selv om den er liten, har den funksjonene til andre store sensorer. Den er enkel å installere og bruke og påvirkes ikke av fargen på måleobjektet. Den har mange spesialfunksjoner, for eksempel: selvdiagnose LED-display og nøkkelinnstillingsfunksjon, temperaturkompensasjonsfunksjon, som kan velge analog mengde eller bytte utgang, etc.; strømforsyningsspenningen er 10 ~ 30V, måleområdet er 30mm ~ 300mm, utgangsspenningen er 0V ~ 10V, utgangsstrømmen er 4mA ~ 20mA, minimumsbelastningsimpedansen er 2,5 ohm, og nøyaktigheten kan nå 0,5mm, formen er delt inn i rett vinkel type og type. Induksjonskaliberet er 18mm. Ultralydsensoren har betingelsene for å møte væskenivåkontrollen på 0-25 cm som kreves av designet, og kravet om at væskenivåfeilen ikke overstiger ±0,3 cm, og løser problemet med upraktisk installasjon. Derfor velger denne designen en ultralydsensor med høy nøyaktighet og liten størrelse.

 

A/D-omformer

Nøyaktigheten og ytelsen til A/D-omformeren som brukes, påvirker direkte nøyaktigheten til dataene som mottas av back-end-mikrokontrolleren. Her sammenligner og analyserer vi følgende to AD-omformere.

 

Løsning 1: Bruk 8-bits ADC0809 A/D-omformer

ADC0809 er en vanlig brukt 8-bits A/D-omformer, som er en suksessiv tilnærmingstype. ADC0809 drives av en enkelt +5V. Brikken inneholder 8 analoge elektroniske brytere med låsefunksjon, som kan reagere på 0 til +5V 8 analoge spenninger. Signalet konverteres i tidsdeling, og det tar omtrent 100us for å fullføre en konvertering, så hastigheten er raskere, men ADC0809-brikken har lav oppløsning og utilstrekkelig nøyaktighet, som ikke kan oppfylle kravene til dette systemet og ikke brukes.

 

Alternativ 2: Bruk 4 og en halv dobbel integrert A/D-omformer ICL7135

ICL7135 er en mye brukt A/D-omformer, en integrert A/D-omformer med dynamisk BCD-kodeutgang. Dens egenskaper er: høy presisjon, automatisk polaritetskonvertering, automatisk nullkalibrering, enkel strømforsyningsdrift og dynamisk BCD-kodeutgang. Siden den doble integreringstiden til den doble integreringsmetoden er relativt lang, er A/D-konverteringshastigheten lav, vanligvis (3 til 10) ganger/s. I tillegg er integreringen av det periodisk skiftende interferenssignalet null, og anti-interferensytelsen er også relativt god. Ved samme nøyaktighet er prisen lavere enn den suksessive tilnærmingstypen A/D-omformer, så det er mer egnet å bruke denne typen A/D-omformere i anledninger hvor hastighetskravet ikke er høyt.

 

Med tanke på kravene til ultralydsensor for avstandsmåling  , denne designen bruker ICL7135 A/D-omformeren med høy kontrollnøyaktighet. Maskinvarekrets og programvaredesign. Maskinvarekretsen til denne designen inkluderer minimum systemkrets, væskenivåkontroll og alarmkrets, signalinnsamlings- og overføringskrets, tastatur og skjermmodul. Minimalt system (strømforsyningskrets og I/O-utvidelse og strobekort som brukes i denne 80-systemets krets og 5C-system). den har god skalerbarhet. CPU-en er koblet til en krystalloscillator på 11,0592MHz, som hovedsakelig består av en 74LS373 låsekrets, en 74LS138 dekodingskrets, knapper, en displayenhet, en ICL7135 og dens perifere typiske kretser, og bruker 8255 for å utvide I/O-grensesnittet. Minimum systemkrets er vist i figur 2.

programvaredesign

Programvaredelen bruker hovedsakelig 51-seriens enkeltbrikkemikrodatamaskin som kontrolleren, utgangsspenningen til sensoren samples, sampletverdien sammenlignes med innstilt verdi, enkeltbrikkemikrodatamaskinen kontrollerer magnetventilen for å justere væskenivået, verten setter verdien til utvidelsen gjennom 485 kommunikasjon, og utvidelseskontrolleren kontrollerer utvidelsesvæskenivået. Programvaredelen inkluderer ICL7135 samplingsdel, 485 kommunikasjonsdel, digital prosesseringsdel, displaydel, tastaturdel og så videre. For å unngå unøyaktige måledata forårsaket av bevegelsen til ultralydsensoren for avstandsmåling, er det spesielt lagt til en nulljusteringsfunksjon for å forbedre systemets nøyaktighet ytterligere. Hovedprogrammets flytskjema er vist i figur 4.

Eksperimentelle resultater og analyse

Det nødvendige testutstyret er et 4-sifret 1/2 høypresisjons digitalt multimeter, skala og 100M dobbeltsporing digitalt oscilloskop.

Fra dataene ovenfor kan vi se at testdatanøyaktigheten til hver deteksjonsenhet i systemet er veldig høy, flytende krystall-visningsverdien og den målte verdien er veldig nær den innstilte verdien, det er et lineært forhold til sensorens utgangsspenning, og et visst proporsjonalt forhold til vekten, Dette er uatskillelig fra valget av maskinvare og matchingen av dens parametere og valg av programvarekontrollalgoritmer.

Designsammendrag

Denne designen bruker maskinvare som ultralydsensor, ICL7135 og andre høypresisjonsbrikker og instrumenter for væskenivåmåling, slik at væskenivånøyaktigheten er mye høyere enn kravet om at væskenivåfeilen ikke overstiger ±0,3 cm. Denne designen bruker også MAX485-kommunikasjon, OCM4X8C LCD-skjerm med flytende krystaller og andre brikker og komponenter, noe som gjør designet mer i tråd med de faktiske applikasjonskravene, og tilsvarende reduserer vanskeligheten med programvaredesign. I programvare reduserer bruken av standardiserte programmeringsmetoder effektivt lagringsplassen som kreves av programmet. For tiden brukes dette emnet hovedsakelig til påvisning av grunnvannstand.