0引(yǐn)言
　　液位包括液位(wei)信号器和連續液(yè)位測量兩種。液位(wei)⛹🏻‍♀️信😍号器是‼️對幾個(gè)固定位置的液位(wèi)進行測量，用于液(yè)位的上、下限報警(jing)等;連續液位測量(liàng)是對液位連續地(di)進行測量，廣泛應(yīng)用于農田灌溉、定(ding)量施量、高爐沖渣(zhā)水位測量、環♊境監(jian)測等農業生産領(ling)域，具有非常重要(yào)的意義。目前，對💋液(yè)位測量的精度要(yào)求不僅愈來愈高(gao)，且🌈需要測量儀能(néng)💋夠适應一些特殊(shu)環境，如高溫、高壓(yā)、強放射性⭐及強腐(fu)蝕性等條件。液态(tài)肥因其生産費用(yòng)低♻️、肥效高、易吸收(shōu)、節支增産效果顯(xian)著及施用過程中(zhōng)可以根據需要加(jia)入土壤所缺少的(de)植物營養元素等(děng)優勢迅速得到了(le)廣泛應用。而變量(liang)施肥作爲農業的(de)重㊙️要部分，其技術(shu)基礎就是對液肥(fei)液位的準确控制(zhi)。目前市場上，液位(wei)控制系統大緻可(ke)分爲以下兩種:
1)機(jī)械式控制系統。機(ji)械式控制系統結(jié)構簡單、成本低廉(lián);但💋這種控制裝置(zhi)故障多、誤動作多(duō)，且隻能單💯獨控制(zhi)，與🛀計算機進行通(tōng)信較難實現。
2)交流(liu)調壓/變頻調速控(kong)制系統。該系統是(shì)通過安裝☂️在水泵(beng)出口管道上的壓(ya)力傳感器，把出口(kou)壓力變成标準工(gōng)業電信号的模拟(ni)信号，經過前置放(fàng)大、多路切換、A/D變換(huàn)成數字信号傳送(song)到單片機，經單片(piàn)機運算與給定量(liang)的比較，進行PID運⭐算(suan)，得出調節參量;經(jing)♋由D/A變換給調壓/變(biàn)頻調速裝置輸入(rù)給定端，控制其輸(shū)出電壓變化，來調(diao)節電機的轉速，以(yi)達到控🐅制水位的(de)目的。
　　本文以液态(tài)施肥機爲依托，針(zhen)對一定體積的液(ye)肥進行🌏液位試驗(yan)，通過以單片機和(he)投入式液位計爲(wèi)主要硬件資源設(shè)計硬件電路，畫出(chu)相應的軟件☎️流🍉程(chéng)圖進行測試。數據(ju)分析驗證表明:該(gai)傳感器在液肥液(ye)位測量中安裝維(wei)護方便，能适應液(ye)肥這種🧑🏾‍🤝‍🧑🏼特殊環境(jìng)，其容量和液🚶位高(gāo)度的測量誤差也(ye)滿足實際要求。
1系(xi)統工作原理及組(zǔ)成
　　微壓式液位計(jì)采用的是壓力敏(mǐn)感元件實現力－電(dian)轉換。傳感器的液(yè)位量程是0～1．3m，且這段(duàn)量程液位所對應(yīng)的深度約合🈲壓力(lì)相比其他要小很(hěn)多，因而稱其爲“微(wēi)壓式”。本系統是所(suo)選的正🐆是微壓式(shì)傳感器，它☀️将液位(wei)信号轉換爲🐅4～20mA标準(zhǔn)電信号輸出。
　　若設(she)所測液體密度爲(wei)ρ，液位高度爲h，大氣(qì)壓爲ρ0，重力加速度(dù)爲g，則💔液體所受壓(yā)力p=ρgh+ρ0。這時，爲抵消大(dà)氣壓力變化所帶(dai)♌來的測量誤差，傳(chuán)感器變送器部分(fen)采用導氣電纜将(jiāng)大氣壓力ρ0引入敏(min)感元件的負壓腔(qiang)，進而使p=ρgh。顯然，若已(yi)知液體密度，通🔴過(guo)測取壓力p就可換(huan)算出相應的液位(wèi)高度。
1．1單片機選型(xíng)
　　該系統結構相對(duì)簡單、運行速度快(kuài)，考慮到功能和成(chéng)本兼🙇‍♀️顧，采用以擴(kuò)展性51系列單片機(ji)STC12C5412AD爲核心控制元件(jiàn)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。該芯☀️片具有12kB用👨‍❤️‍👨戶(hù)可自行安排的FLASH及(jí)FEPROM空間比例;在同樣(yang)的工作頻率下，平(píng)均指令運算速度(du)是普通8051的8～12倍［4］，滿足(zú)系統對數據處理(lǐ)的要求，且掉電模(mo)式可由外部中斷(duàn)喚醒，适用車♉載信(xin)息系統。系統設計(jì)方案圖如圖1所

1．2投(tou)入式液位計選型(xíng)
　　其基于所測液體(tǐ)靜壓與該液體的(de)高度成比例的原(yuán)理，再将靜壓轉換(huàn)爲電信号，實現非(fēi)電量到電量的變(biàn)換，利用這一特性(xìng)來完成對液位的(de)測量。主要技術參(cān)♈數如下:量程1．3m，精度(dù)0．5%Fs，電壓18～36VDC，輸出4～20mA。
其優點(diǎn)包括:①能實時測量(liàng)罐内各點液位;②直(zhi)流4～20mA标準電🐅流信号(hào)輸出;③密封性好，測(cè)量元件不與液肥(féi)直接😍接觸，避免了(le)液肥對元件的腐(fu)蝕。
2硬件電路設計(ji)
2．1電源電路設計
　　電(dian)源電路圖如圖2所(suǒ)示。圖2中，爲了保證(zhèng)液位傳感器能獲(huo)得24V的直流供電，選(xuǎn)用具有DC－DC單片控制(zhì)電路功能♻️的MC34063芯片(piàn)，片内包含有溫度(du)補償帶隙基準源(yuán)，能輸出🏃1．5A的開關電(diàn)源，且是使用👨‍❤️‍👨最少(shǎo)的外接元🛀件構成(cheng)的升壓變換器、降(jiang)壓變換器和電源(yuan)反向器［5］。

　　本系統電(diàn)源電路采用具有(yǒu)升壓轉換作用的(de)MC34063芯片，與電感L、二極(ji)管D3、三極管TIP122一起構(gòu)成電源電路。若TIP122導(dǎo)通時，+12V的🈲輸入電壓(yā)經采樣限流電阻(zǔ)R1、R2，流經電感L，随着電(dian)感L電流增加，其兩(liang)端進行儲存能量(liang)。此時，二極管D3是防(fang)止電容C3對地放電(dian)，并由電容C3向負載(zai)供電;若TIP122斷開🏃🏻時，電(dian)感L及12V的♌輸入電壓(yā)對電容C3充電的同(tong)時電容C3對負載供(gòng)電，負載電壓穩定(ding)在+24V，穩壓的負反饋(kuì)信号是電阻R7、R8的分(fen)壓輸入到MC36063的5腳。
2．2檢(jian)測電路設計
　　硬件(jiàn)部分的核心爲STC12C5412AD，工(gong)作電壓由LM2576從24V轉變(bian)爲5V來提供。同💃時，用(yong)MCU的3個輸出引腳P1．1、P1．2、P1．3連(lian)接串并轉換芯片(pian)74HC595，就可實現對系統(tong)所有的顯🐪示功能(néng)及顯示元件的控(kong)制。圖3中的74HC595芯片Q0～Q7共(gòng)8位輸出控制8個發(fā)光二極管，每個二(er)極管分爲閃、亮2段(duàn)，共16段，通過燈的閃(shǎn)亮和4個數碼管顯(xian)🔞示的罐内液體容(róng)積值來記錄相關(guān)液位數據。其檢測(ce)電路原理🌈圖如圖(tú)3所示。

3系統軟件設(she)計
　　系統軟件是利(li)用51系列單片機集(jí)成開發工具來進(jìn)行C語言設計，采用(yòng)模塊化設計方式(shi)，由系統與監控程(cheng)序一起管理執行(hang)。系統軟件主要由(yóu)主程序、初始化程(chéng)序、定時中斷處理(li)程序組成。其中，系(xì)統主程序🧑🏽‍🤝‍🧑🏻包括A/D轉(zhuǎn)換子程序及顯示(shì)子程序。系統初始(shǐ)化後進❤️入主循環(huán)，定時中斷處理🐅程(chéng)序是對74HC595的輸出進(jin)行控制。系統主程(chéng)序💋流程如圖4所示(shì)。

4數據測試及分析(xi)
4．1測試條件
　　爲驗證(zheng)本設計的可行性(xing)，基于所測液體靜(jing)壓與該液🔅體的高(gāo)度成比例，再将靜(jìng)壓轉換爲電壓的(de)試驗原理，搭建實(shí)際的電路。用現有(you)的播種機儲液罐(guan)作❗爲容器可容納(na)近1000L的液體。其實際(ji)測量高度如圖5所(suǒ)示。因液肥與水密(mì)度相近，所以😍用水(shui)作爲🛀🏻測試對象✊，在(zai)正式用液肥時驗(yan)證誤差，算出修正(zhèng)🐕系數，再寫入單片(piàn)機中進行校正。


　　首(shǒu)先将液位計正确(que)安裝于儲液罐底(di)部，接通電源後利(li)用串有流量計的(de)電泵開始注水，注(zhù)意觀察液💰位的變(bian)化，待快到預先暫(zàn)定的水容量處關(guān)閉電源。此時，用萬(wan)用表讀取液位計(ji)處🏃‍♂️理後的電壓值(zhí)、記錄表示高度顯(xiǎn)示的LED的燈/閃數及(jí)流量計顯示的實(shí)際注水容量，再用(yong)米尺丈量水的實(shí)際液位高度。試驗(yàn)結果如表1所示。
4．2數(shu)據分析
　　觀察表1的(de)數據之間存在某(mou)種線性關系，用Mat-Lab對(duì)表1的壓力與容量(liàng)及液位高度數據(jù)進行一次曲線拟(ni)合，如圖6所示。

　　根據(ju)圖6的拟合曲線，可(ke)得到對應的回歸(guī)方程爲
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其中，x代表(biǎo)電壓;y1爲容量;y2爲液(ye)位高度。
由此可見(jian):電壓與容量及液(ye)位高度之間确實(shi)存在良好的線🌏性(xing)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼相關性，且從表1中(zhōng)也可以看出LED燈的(de)亮、閃數随液位高(gāo)度而變化。　　因此，一(yī)旦配比好定量的(de)液肥，在變量施肥(féi)機工作時，可🆚以根(gēn)據LED燈來判斷其液(ye)位高度，用數碼管(guan)🈲來顯示其📞容量。
分(fen)析對比表2的數據(jù)可知:液位高度誤(wu)差在允許範圍之(zhi)内，拟合容量的負(fù)數除了與傳感器(qì)的安裝位置及儲(chǔ)液🤩罐的形狀有關(guan)以外，和換算容量(liang)的基點(零點)也相(xiang)關。因此，可以重新(xīn)選一個容量和高(gao)度基🌈點來解決。

5結(jie)論
　　以STC12C5412AD單片機爲核(he)心的液肥檢測系(xì)統，可以動态地顯(xian)㊙️示液位及容量的(de)變化，實用性較強(qiáng)，且成本低廉。在随(sui)機💘的測量試驗中(zhong)，節省了人力及物(wu)力，同時也提高了(le)檢測的效率。該投(tóu)入式液位計體積(jī)小巧、使用✔️方便、維(wéi)護成本不高，優于(yu)其他如超聲波傳(chuán)感器。試驗數據分(fèn)析表明:該微壓傳(chuan)感器性能指标能(néng)滿足較高精度要(yào)♋求的測量，爲液肥(fei)🔞播種機的進一步(bù)智能化奠定了一(yi)定的實踐基礎，對(duì)其它的液位測量(liang)也🏃具有較好的借(jiè)鑒💋作用。

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