Forskning om automatiskt nivåkontrollsystem Designat av ultraljudssensor

Systemfunktionsöversikt och blockschema

 

Denna design använder MCS-51 enkelchips mikrodator kombinerat med digitalt chip och analog krets för att slutföra detektering och automatisk kontroll av vattennivån. Det grundläggande ultraljudssensordelar som värden ställer in vätskenivån för sig själv och slaven genom tangentbordet, ultraljudssensorn mäter spänningsvärdet som motsvarar den aktuella vattennivån och skickar det sedan till styrenheten och jämför med det inställda värdet genom analog-till-digital-omvandlingen, och enkelchipsdatorn styr magnetventilen justera värdens vätskenivå och visa inställt värde och aktuellt värde på LCD-skärmen; värdstyrenheten överför det inställda värdet till slavstyrenheten genom 485-kommunikation, och slavstyrenheten kan också styra vätskenivån som värdstyrenheten och visa värdens inställda värde och aktuella vätskenivåvärde via LCD-skärmen; och använd 485-kommunikation för att skicka den aktuella vätskenivån för slaven till värden och visa den.

 

Systemet består av en databearbetningsmodul för ett mikrodatorsystem, A/D-datainmatningsmodul, 485-kommunikationsmodul, vätskenivåkontroll och larmmodul, tangentbord och displaymodul. Schema demonstration och jämförelse tar hänsyn till kraven i systemet. I urvalsprocessen av enheten ligger fokus på valet av ultraljudssensor för vätskenivå  och analog-till-digital konverteringschips.

 

sensor

Under systemdesignprocessen valdes följande tre ultraljudssensorer ut och jämfördes.

Lösning 1: Trycksensor

 

 

För närvarande är de flesta av vätskenivåtrycksensorerna ingångsstatiska vätskenivågivare, och ingångsstatiska vätskenivåsensorer kan endast mätas noggrant med hänvisning till atmosfärstrycket. Ventilationen i anslutningskabeln kommer dock att påverkas av miljön, vilket gör att luftstrupens innervägg kondenserar, kondens. Daggfall på elektroniska enheter och sensorer kan påverka noggrannheten eller utmatningsdriften. Samtidigt, om kondenseringen är för snabb, kommer sändarens livslängd att förkortas kraftigt. Denna trycksensor påverkas lätt av miljön och orsakar felaktiga mätningar och är obekväm att installera.

 

Alternativ 2: Piezoresistiv trycksensor

Den piezoresistiva sensorn använder en integrerad kretsprocess för att direkt göra en diffus varistor på ett platt kiselmembran i en viss kristallorientering; det platta kiselmembranet har goda elastiska egenskaper när det är lätt deformerat. När kiselskivan pressas, orsakar membranets deformation att motståndet hos diffusionsmotståndet ändras; denna varistor påverkas lätt av den yttre miljön, såsom temperatur, vilket resulterar i felaktig mätning, och volymen är i allmänhet stor, den är inte lätt att installera och inte lätt att bära; i allmänhet är dess noggrannhet relativt låg. Det kan inte möta designens behov.

 

Lösning 3: Ultraljudssensor

Ultraljudssensorn är den första lilla sensorn med nyckelinställningsfunktion och självdiagnosfunktion i branschen. Även om den är liten har den samma funktioner som andra stora sensorer. Det är lätt att installera och använda och påverkas inte av färgen på mätobjektet. Den har många specialfunktioner, såsom: självdiagnos LED-display och tangentinställningsfunktion, temperaturkompensationsfunktion, som kan välja analog kvantitet eller switchutgång, etc.; dess strömförsörjningsspänning är 10 ~ 30V, mätområdet är 30mm ~ 300mm, utgångsspänningen är 0V ~ 10V, utströmmen är 4mA ~ 20mA, den minsta belastningsimpedansen är 2,5 ohm, och noggrannheten kan nå 0,5mm, Formen är indelad i rak typ och typ. Induktionskalibern är 18 mm. Ultraljudssensorn har förutsättningar för att uppfylla vätskenivåkontrollen på 0-25 cm som krävs av designen, och kravet att vätskenivåfelet inte överstiger ±0,3 cm, och löser problemet med obekväm installation. Därför väljer denna design en ultraljudssensor med hög noggrannhet och liten storlek.

 

A/D-omvandlare

Noggrannheten och prestandan hos den använda A/D-omvandlaren påverkar direkt noggrannheten hos de data som tas emot av back-end-mikrokontrollern. Här jämför och analyserar vi följande två AD-omvandlare.

 

Lösning 1: Använd 8-bitars ADC0809 A/D-omvandlare

ADC0809 är en vanlig 8-bitars A/D-omvandlare, som är en successiv approximationstyp. ADC0809 drivs av en enda +5V. Chipet innehåller 8 analoga elektroniska brytare med låsfunktion, som kan svara på 0 till +5V 8 analoga spänningar. Signalen konverteras i tidsdelning, och det tar cirka 100us att slutföra en konvertering, så hastigheten är snabbare, men ADC0809-chippet har låg upplösning och otillräcklig noggrannhet, vilket inte kan uppfylla kraven i detta system och används inte.

 

Alternativ 2: Använd 4 och en halv dubbel integrerad A/D-omvandlare ICL7135

ICL7135 är en mycket använd A/D-omvandlare, en integrerad A/D-omvandlare med dynamisk BCD-kodutgång. Dess egenskaper är: hög precision, automatisk polaritetsomvandlingsutgång, automatisk nollkalibrering, drift med enkel strömförsörjning och dynamisk BCD-kodutgång. Eftersom dubbelintegreringstiden för dubbelintegreringsmetoden är relativt lång är A/D-omvandlingshastigheten långsam, vanligtvis (3 till 10) gånger/s. Dessutom är integrationen av den periodiskt växlande störsignalen noll, och anti-interferensprestandan är också relativt bra. Vid samma noggrannhet är priset lägre än den successiva approximationstypen A/D-omvandlare, så det är mer lämpligt att använda denna typ av A/D-omvandlare i de tillfällen då hastighetskravet inte är högt.

 

Med tanke på kraven i ultraljudssensor för avståndsmätning  , denna design använder ICL7135 A/D-omvandlaren med hög kontrollnoggrannhet.Hårdvarukrets- och mjukvarudesign.Hårdvarukretsen i denna design inkluderar minimisystemkretsen, vätskenivåkontroll- och larmkrets, signalinsamlings- och överföringskrets, tangentbord och displaymodul. Minimalt system (strömförsörjningskrets och I/O-expansion och I/O-expansion och stroboskopkrets som används i denna 805-systemkrets och 805-systemkrets). den har bra skalbarhet. CPU:n är ansluten till en kristalloscillator på 11,0592MHz, som huvudsakligen består av en 74LS373 låskrets, en 74LS138 avkodningskrets, knappar, en displayenhet, en ICL7135 och dess perifera typiska kretsar, och använder 8255 för att utöka I/O-gränssnittet. Minsta systemkrets visas i figur 2.

mjukvarudesign

Programvarudelen använder huvudsakligen 51-seriens enkelchips mikrodator som styrenhet, sensorns utgångsspänning samplas, det samplade värdet jämförs med det inställda värdet, enkelchipsmikrodatorn styr magnetventilen för att justera vätskenivån, värden ställer in värdet på förlängningen genom 485-kommunikation och förlängningsregulatorn styr förlängningsvätskenivån. Programvarudelen inkluderar ICL7135 samplingsdel, 485 kommunikationsdel, digital bearbetningsdel, displaydel, tangentbordsdel och så vidare. För att undvika de felaktiga mätdata som orsakas av ultraljudssensorns rörelse för avståndsmätning, läggs speciellt en nolljusteringsfunktion till för att ytterligare förbättra systemets noggrannhet. Huvudprogrammets flödesschema visas i figur 4.

Experimentella resultat och analys

Den erforderliga testutrustningen är en 4-siffrig 1/2-digital multimeter med hög precision, skala och 100M digitalt oscilloskop med dubbla spår.

Från ovanstående data kan vi se att testdatanoggrannheten för varje detekteringsenhet i systemet är mycket hög, flytkristalldisplayvärdet och det uppmätta värdet är mycket nära det inställda värdet, det finns ett linjärt samband med sensorns utspänning och ett visst proportionellt förhållande till vikten, Detta är oskiljaktigt från valet av hårdvara och matchningen av dess parametrar och valet av mjukvarukontrollalgoritmer.

Designsammanfattning

Denna design använder hårdvara som ultraljudssensor, ICL7135 och andra högprecisionschips och -instrument för vätskenivåmätning, så att vätskenivånoggrannheten är mycket högre än kravet på att vätskenivåfelet inte överstiger ±0,3 cm. Denna design använder också MAX485-kommunikation, OCM4X8C LCD-skärm med flytande kristaller och andra chips och komponenter, vilket gör designen mer i linje med de faktiska applikationskraven och minskar på motsvarande sätt svårigheten med mjukvarudesign. I mjukvara minskar användningen av standardiserade programmeringsmetoder effektivt lagringsutrymmet som programmet kräver. För närvarande används detta ämne främst för grundvattennivådetektering.