基于AT89C52单片机的液位检测系统

发布者:橙子1234最新更新时间:2014-02-19 来源: eefocus关键字:AT89C52  单片机  液位检测系统 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  随着现代测量技术的发展,对测量系统提出了越来越高的要求。在自动蒸馏测控系统中,准确及时地检测出蒸馏过程中从冷凝管馏出的第一滴液滴是获取初馏点的前提;实时、准确地测量出量筒中回收液体体积的变化是控制蒸馏过程中不同时段不同蒸馏速度的依据。而目前担负着对冷凝管馏出的液滴进行检测、回收、计量、测速等任务的完成有诸多不尽人意的地方,需要更加完善、合理的液滴、液位检测跟踪控制系统。

  从液位测量的方法看,按检测器与液体接触与否分为两大类:一是接触式测量,二是非接触式测量。当需要通过测量液位变化确定体积变化时,一般采用非接触式测量方法。但在大多数非接触式测量中,液位传感器测试范围较大,绝对分辨率均大于0.5ml,因而在体积变化范围为0-100ml,液位变化范围为0-200mm时,要达到0.1ml的分辨率,普通的传感器就难以满足要求。为此,需要研制一种测量普通100ml玻璃量筒中液体体积实时变化的高精度液位检测系统。

  针对以上所存在的问题,本文介绍了一种以AT89C52单片机为核心的液位检测系统,实现了对变化的液位进行高精度体积测量的目的。

  一、 积测量原理

  由于量筒的容积

  是确定的,且制作均匀,那么一定体积的液体在量筒内对应的高度也是一定的。传感器与螺杆是相互耦合的,螺杆的顶端与步进电机的中轴是直接相连的,步进电机每走一步,螺杆就跟着转一个小角度。因此,在电机步距和螺杆螺距一定的情况下,量筒的单位高度与电机步数成正比关系。于是,可将量筒内液体的体积直接转换成电机的步进数,即电机每走一步所代表的液体的体积是多少毫升。

  体积测量示意图如图1所示。为了确定电机的步进数与确定量筒内液体的体积毫升数之间的换算关系,我们需要对此系统进行校准,具体校准的方法是:

  1. 测量体积为10ml液体的电机步进数,将其值设为L1;

  2. 测量体积为100ml液体的电机步进数,将其值设为L2;

  体积测量示意图

  根据以上步骤记录的数据,计算出电机每走一步所代表的体积毫升数,将其值设为T,则有如下的计算公式:T=90/(L2-L1)。这样就可以很方便地计算出跟踪器所跟踪的液体体积。

  二、 硬件电路组成及原理

  本系统的基本组成是:红外光电传感器、输入电路、时钟电路、复位电路、显示电路、步进电机及驱动电路、单片机实时处理与控制电路等。

  其基本的工作原理是:红外光电传感器检测到的各种信号,经过信号处理电路后,把光信号转换成了电信号,同时把电信号送给单片机进行判断和计算处理后,再发出控制指令,控制步进电机工作,完成对变化液位的检测与跟踪。

  该硬件电路原理框图如图2所示:

  硬件电路原理框图

  1、红外光电传感器

  红外光电传感器是由红外发射二极管和敏感三极管组成,红外发射二极管发出的红外光的波长和敏感三极管的受光波长相同或相近。当发射管和接受管之间没有障碍物时,敏感三极管由于收到红外光信号而导通,电路输出电平为低电平;当发射管和接受管之间有障碍物挡住时,敏感三极管由于收不到红外光信号而截止,电路输出电平为高电平。

  该系统中,对量筒中的液体表面的检测基本上是利用散射原理,在玻璃量筒中液体表面处的液体会发生外延现象或吸附现象而形成一个环形曲面,这个曲面正好供我们检测用。它是由一对红外光电对管组成的,在玻璃量筒中液体表面处的液体会发生外延现象或吸附现象而形成一个环形曲面,由于散射作用,接收管接收不到发射管的红外光信号而截止,电路输出电平为高电平。因此,可以利用其输出电平的高低来检测液面的位置,其输出信号再通过电缆输出到单片机接口电路和显示驱动电路进行处理。为了适应本系统的特殊要求,我们将红外发射、接受管分别装在U形板的两边,两管距离大于玻璃量筒的直径。为了减少外来自然光的干扰,在两管的发射、接受头安装有一定深度的导光孔槽,它一方面减少了外来光的干扰,另一方面可以限制光束直径,以利于提高检测分辨率。

  2、步进电机及驱动电路

  在步进电机工作中,其电源大多是采用单极性直流电,通过对步进电机的各相绕组按恰当的时序方式通电,就可使其执行步进转动。本系统所用电机为四相电机,当两相绕组通电时,相应的两个磁极就分别形成N-S极,产生磁场,并与转子形成磁路。在磁场的作用下,转子将转动一定的角度,使转子齿与定子齿对齐,从而使步进电机向前“走”一步。因此,控制电机转动主要是按照电机转动方向的要求,由单片机顺序地输出相应的控制信号即可。[page]

  下面以正转为例进行说明,正转时,要求按ABCDA的顺序依次输出宽为8ms的正脉冲,且两脉冲之间有一小延时。由此可以往8255的PC0~PC3口依次输出1000、0100、0010、0001、1000等一系列的信号,每一个高电平保持8ms,输出时间间隔为1ms,即可满足控制需要。同理,也可以控制电机反转,只是输出信号的顺序相反。于是在寄存器中的初始控制字可设为00010001B(即11H),电机每走一步,则对此寄存器的内容向左(正转)或向右(反转)循环移一位,然后取出此寄存器的内容并输出,就可以完成对电机的控制。

  3、单片机实时处理及控制

  针对本课题而言,硬件电路应该尽量的简单,部分能用软件实现电路尽可能的不用硬件电路,以此来达到产品的小型化、价格低、性能可靠的目的。在选择单片机时也应充分考虑其便利和实用,8031单片机最大缺点是需要外接EPROM,电路复杂,而且EPROM还是用紫外线进行擦除的,使用起来很不方便。在经过广泛的比较之后,确定采用ATMEL 公司的AT89C52 FLASH单片机。它不仅具有8031单片机的一切功能,还有许多功能是8031所没有的。其内部带有8KB可多次擦写的FLASH内部程序存储器,可用电擦除,十分方便。

  AT89C52单片机主要有以下一些特点:

  (1)、与MCS-51产品兼容;

  (2)、具有8KB可改写的FLASH内部程序存储器,可进行1000次擦/写操作;

  (3)、全静态操作:0Hz到24MHz;

  (4)、三级程序存储器加密;

  (5)、256字节内部RAM;

  (6)、32条可编程I/O线;

  (7)、3个16位定时/计数器;

  (8)、8个中断源;

  (9)、可编程串行口;

  (10)、低功耗空闲和掉电方式。

  单片机实时处理及控制部分的主要功能是接收来自红外光电传感器转换过的电信号,同时接收输入电路送来的状态信息,经过判断计算后,一方面发出控制指令,控制电机的运转,进行液位的检测与跟踪;另一方面送出所需要的数据,进行数据的显示和状态指示。因此,这一部分是本系统的关键部分,它的性能的好坏直接关系到整个系统的性能好坏。具体硬件电路是以AT89C52单片机为核心,通过扩展并口8255来实现的,其电路如图3所示。

  电路

  由图3可以看出,键入电路与AT89C52的P1口相连,接收所键入的状态信息并送单片机。液位信号直接送P3.0口,在自动跟踪时,单片机对P3.0口不断地查询,一有信号就进行判断处理。液滴信号与P3.2口(即INT0中断引脚)相连,由于液滴的检测是随时的,因此需要用中断来控制,当液滴信号一来中断便响应,记录下液滴数。上、下限位信号分别接P3.4、P3.5口,在运行中,一但出现了上、下限位信号时,说明已超出了预定的运行范围,单片机收到信号后,发出控制指令,停止电机的转动。其它一些如显示、电机驱动等控制信号的发出由总线分时送8255,完成预定的任务。

  8255的片选信号/CS及口地址选择线A0和A1分别由AT89C52的P2.7和P0.0、P0.1经地址锁存后提供,故8255的A口、B口、C口及控制口地址分别为7FFCH、7FFDH、7FFEH和7FFFH。8255的D0~D7分别与AT89C52的P0.0~P0.7相连,其/RD、/WR与AT89C52的/RD、/WR一一对应相接。

  三、 软件设计

  系统软件是整个系统的重要组成部分,只有在它的指挥控制下硬件电路才能进行工作,完成相应的功能,而且部分硬件电路的缺陷还可以通过软件编程加以弥补。根据系统的功能要求,软件是用MCS-96汇编语言,采用模块化结构,由主程序、自动检测跟踪子程序、校准子程序、显示子程序等组成。在本系统中,高精度测量的实现在很大程度上是由软件来保证的。

  主程序包括系统参数初始化和循环工作过程,是本系统中软件部分的核心。它主要完成的任务是:首先,对单片机状态参量和程序自定义的状态参量进行系统初始化;其次,对各子程序进行管理和控制,安排相应的指令,提供子程序的入口数据,以达到完成系统功能的目的。

  液位自动检测跟踪子程序的功能是控制液位跟踪器以底液液面为起始位置,连续地跟踪液面的变化,并换算出实际的液体体积值,实时地进行显示。其执行步骤是:首先,红外光电传感器自动检测到液位,并设此液位为跟踪的底液面,显示为“0”。然后,进入实时跟踪状态,只要液位有变化(上升),检测器便会自动跟踪,实时显示所跟液体的体积,直到液位不再变化为止。

  校准子程序是在每次更换量筒时进行的,目的是找出量筒内液体的体积与电机的步进数之间的对应关系,然后送给单片机,进行体积计算时就有了新的标准,以此来提高测量精度。

  四、结束语

  采用AT89C52单片机实现的液位检测系统在标准100ml玻璃量筒中,液位变化范围在0-200mm时,能达到0.1ml的分辨率。实践证明,本液位检测系统性能价格比高、控制方式可靠,其设计思路和方法可以为自动蒸馏测控系统所借鉴,具有广阔的应用前景。

关键字:AT89C52  单片机  液位检测系统 引用地址:基于AT89C52单片机的液位检测系统

上一篇:基于RFID应用的通用型控制器的设计方案
下一篇:基于WTC6216的触摸式按键设计

推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 13:35

MCU原型板瞄准机器人与物联网应用
预先认证的在场感测器和智慧插座解决方案运用Silicon Labs多重协定Wireless Gecko技术和ZigBee网状网路协定堆叠 芯科科技(Silicon Labs)宣布针对家庭自动化市场推出两种最新的无线在场感测器(occupancy sensor)和智慧插座参考设计,这些物联网(IoT)连网装置解决方案使家庭生活变得更安全、方便并且高效节能。 FCC和UL预先认证的参考设计,为基于Silicon Labs可靠的ZigBee “Golden Unit” Home Automation (HA 1.2)软体协定堆叠和多重协定Wireless Gecko系统单晶片(SoC)系列而建构之功能丰富、具备未来性的连网家庭产品提供了
[网络通信]
ARP的组成与解析及单片机程序
简介 arp:地址解析协议,简单的来说,对于底层的以太网通讯,有两个地址需要了解,一个地址叫ip地址,第二个地址叫mac地址,只有知道了这两个地址,才可以进行点对点的通讯,那么有的时候,系统只知道IP地址,不知道mac地址,那么这个时候,怎么办呢?就用arp协议,arp协议属于网络层,和ip协议平级,他是以广播形式发出的,发出时,带有一个目标ip,符合目标ip的主机收到这个信息后,就会把自己的mac地址按照arp协议告诉询问主机。这就是arp。 关于arp的组成 arp分为问包和答包,一般有42个字节组成,发送接收一般都是42个字节。 arp包由以太网帧,arp报文组成,帧数据为,目标地址以广播形式,即6个0xff。源地址则是自己
[单片机]
基于51单片机的数字电容测量仪设计
本设计详细介绍了一种基于单片机的数字式电容测量仪设计方案及实现方法。设计的主要方法是采用555芯片构成单稳态触发器,将电容容量转换为脉冲宽度。通过单片机的计时器测量脉宽, 根据已知的R值,通过单片机的运算功能,计算出电容容量,最后,再通过单片机的普通I/O口控制液晶屏显示出电容容量的计算结果。系统的测量范围为10pF~ 500uF, 具有多个量程,可根据用户需要由用户选择,与用户的交互是通过键盘实现,不同量程的实现是通过单片机的I/O口控制继电器的吸合与断开来选择不同的R值,从而实现不同的量程。同时,本设计注重设计方法及流程,首先根据原理设计电路,再通过protues仿真,利用keil编程,进而借助altium designer
[单片机]
基于51<font color='red'>单片机</font>的数字电容测量仪设计
嵌入式软件开发催化32MCU需求
以目前趋势来说,8位MCU将会着重于「简单控制」应用上。但因产品应用所需之性能再提升,或是一些新应用所产生之新需求,32位MCU将会是最佳选择。其主要因素有二: 一, 因应用的性能需求再提升,而选择32位MCU: 例如,较大屏幕尺寸的多指触控应用,需要一个快速I/O接口从触控屏上来取得大量触控数据,进行实时讯号处理并计算多指坐标, 此时即需要一个高性能且有快速接口的32-bitMCU核心来处理大量且快速进入之数据。 二, 因性价比,而选择32位MCU: 现有的32位MCU价格已不再高不可攀,而是趋近于8位或16位的价格。当我们在选择下一世代 MCU平台或是 新应用的MCU时,性能、价格、开发工具与产品的生命周期将
[工业控制]
51单片机的另类入门方式与编程思想
在写之前我先说一下为什么写这篇文章,其实主要是出于这么一些考虑: 1、一个人力量有限,资源有限,了解到的东西就更加有限,现代社会讲究团队协作,SO......希望以此为契机,大家能参与其中,将这些内容不断完善 2、开源软件,开源硬件,开源教程,其实这方面早有先河,但是更多的是单人收集的,单人写,而本文章希望是集大众力量写文章服务于大众 3、这里面主要从基础单片机开始,然后是模块化编程,编程规范,从零开始构造单片机操作系统这些方面跟大家一起分享,其实还有很多非常优秀的编程思想,像状态机,PID算法等等,大家都可以一一添加进去 4、基础篇主要参考《爱上单片机》--杜洋、《电子设计从零开始》; 模块化主要参考uCOS作者《嵌入式系统构
[单片机]
51<font color='red'>单片机</font>的另类入门方式与编程思想
英飞凌推出业界首款支持更大功率的USB PD 3.1高压微控制器
【2021年8月3日,德国慕尼黑讯】英飞凌科技股份公司,推出业界首款支持USB Power Delivery(USB PD)3.1的高压微控制器(MCU)。该芯片简称为EZ-PD™ PMG1(Power Delivery Microcontroller Gen1),是英飞凌第一代USB 支持PD的MCU,针对需要高达28 V(140 W)的高压供电或受电的嵌入式系统。该器件支持USB PD 3.1规范中定义的更大功率,并利用MCU提供额外的控制功能。新产品非常适合消费市场、工业市场和通信市场的诸多应用,如智能扬声器、路由器、电动工具和园艺工具等。 PMG1系列集成了经市场验证的USB PD协议栈,能实现可靠的性能和高互操作性。
[电源管理]
英飞凌推出业界首款支持更大功率的USB PD 3.1高压<font color='red'>微控制器</font>
MC9S08QE4单片机在有源RFID中的应用
  RFID 标签分为被动标签(Passive tags)和主动标签(Active tags)两种。被动标签即非接触式IC 卡, 由于被动标签识读距离短, 在许多应用中受到限制。 主动标签也称有源RFID,由于采用无线射频识别技术, 识读距离可达几十米, 逐渐成为一种主流应用技术, 已经成功应用到生产制造、物流管理、公共安全等各个领 域。   有源RFID 采用电池供电, 且电池是一次性的, 不能更换。 因此低功耗设计是设计中的重点。RFID 卡有读卡和读写卡两种。读卡是单向通信, 即定时向外发送数据。 读写卡是双向通信, 即定时向外发送数据的同时接收数据。 下面以MC9S08QE4 和nRF24L01 为例,介绍有源RFID
[单片机]
适合单片机裸机的开源软件框架:Zorb
很多时候,做单片机项目,会因为性能和内存资源的限制,没办法运行一些“大型”的通用框架,这个时候,一些轻量级的软件框架有显得尤为重要了。 这里就给大家分享一款一款适合单片机裸机的开源软件框架:Zorb Zorb简介 Zorb Framework是一个基于面向对象的思想来搭建一个轻量级的嵌入式框架。 搭建Zorb Framework的目的是为在不能运行Linux的芯片上快速开发应用,不用反复造轮子。 Zorb Framework的初步设计功能有: 1、时间系统功能zf_time 2、环形缓冲区功能zf_buffer 3、列表功能zf_list 4、状态机功能zf_fsm 5、事件功能zf_event 6、定时器功能zf_time
[单片机]
适合<font color='red'>单片机</font>裸机的开源软件框架:Zorb
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
设计资源 培训 开发板 精华推荐

最新单片机文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved