介質(zhì)探針式精密液位測(cè)試儀的研制

1、介質(zhì)探針式精密液位測(cè)試儀的研制摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫(kù)仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：ButteDevelopment of Medium Probe-Type PrecisionFluid Level Gauge武漢理工大學(xué)自動(dòng)

2、化學(xué)院陳 進(jìn)劉 驍引言河流模型是根據(jù)實(shí)際江河的某一段河床參數(shù)按比例縮小后的實(shí)體模型，主要通過(guò)對(duì)河流自然現(xiàn)象進(jìn)行復(fù)演、模擬試驗(yàn)，來(lái)探求河流的自然規(guī)律，可為河流防洪預(yù)測(cè)、河道流沙淤積程度等研究提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。河流模型水流流速測(cè)量對(duì)于整個(gè)模型試驗(yàn)有著至關(guān)重要的作用。因此對(duì)于河流物理模型試驗(yàn)而言，試驗(yàn)成果的質(zhì)量在很大程度上取決于測(cè)量技術(shù)和試驗(yàn)的控制水平。要提高試驗(yàn)的精度，還要有先進(jìn)的采集與控制技術(shù)。介質(zhì)探針式液位測(cè)試儀的工作原理該系統(tǒng)由STC89C52微控制器作為主控制芯片，通過(guò)控制電機(jī)將介質(zhì)探針傳感器送入河流模型中，由該探針來(lái)控制單片機(jī)何時(shí)開(kāi)始讀取光電編碼器上的脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水位深度的精確測(cè)量。

3、測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在SMC1602液晶屏上，同時(shí)通過(guò)485總線，使用MODBUS協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信，將測(cè)試結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。ARM7開(kāi)發(fā)板作為上位機(jī)，通過(guò)串口由RS232/RS485接口電路和下位機(jī)相連實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制命令以及檢測(cè)數(shù)據(jù)采集，新型水位測(cè)試儀的原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)物理介質(zhì)界面變化測(cè)量探針的研制（1）物理介質(zhì)界面變化測(cè)量探針由測(cè)量電路和探針頭組成，探針頭由兩個(gè)金屬觸點(diǎn)組成，即觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2，它們之間存在電阻，其大小決定于觸點(diǎn)之間的物理介質(zhì)電阻特性。與之相連的測(cè)量電路將電阻大小變化轉(zhuǎn)變成脈沖信號(hào)，脈沖的頻率或幅度跟隨電阻大小變化，該電路將脈沖信號(hào)的參數(shù)儲(chǔ)存在電路中。當(dāng)觸點(diǎn)之間的

4、介質(zhì)沒(méi)有變化時(shí)，脈沖信號(hào)的參數(shù)不會(huì)改變；否則，脈沖信號(hào)參數(shù)會(huì)立即變化。由比較電路來(lái)比較本次采樣脈沖信號(hào)與上次脈沖信號(hào)參數(shù)的異同，輸出一個(gè)介質(zhì)變化脈沖信號(hào)。（2）測(cè)量電路設(shè)計(jì)測(cè)量電路如圖2所示，探針頭的引線1與引線2之間的電阻和非門(mén)電路、電阻R和電容C組成振蕩電路，產(chǎn)生頻率與探針觸點(diǎn)之間電阻成正比的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)傳給單片機(jī)，由單片機(jī)處理后產(chǎn)生寬度和幅度可調(diào)節(jié)的界面脈沖信號(hào)。光電編碼器使用原理光電旋轉(zhuǎn)編碼器的特點(diǎn)包括非接觸式、體積小、重量輕、安裝方便，其輸出方式為NPN輸出，適用于精密工作環(huán)境，其分辨率比直線光柵更高。每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)可達(dá)1001000個(gè)。本系統(tǒng)中，選用南旭科技公司的S

5、D54-8-360P/R-1P光電旋轉(zhuǎn)編碼器，它每旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生360個(gè)脈沖。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)探桿轉(zhuǎn)動(dòng)，連接在探桿上的光電旋轉(zhuǎn)編碼器也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，它產(chǎn)生的A、B兩組脈沖經(jīng)整形、鑒相后，由單片機(jī)系統(tǒng)識(shí)別、計(jì)數(shù)，并計(jì)算出探針?biāo)幬恢霉╋@示輸出。其接線表如表1。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用的是單相交流電動(dòng)機(jī)，它和三相交流電動(dòng)機(jī)的電磁規(guī)律一樣，但工作原理不同。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的條件是：轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電流能與氣隙磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體能受到電磁力的作用，在該電磁力的作用下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子才能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，其轉(zhuǎn)向與氣隙磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相同。單相電動(dòng)機(jī)定子上有兩個(gè)繞組，一個(gè)是工作繞組，一個(gè)是起動(dòng)繞組，兩個(gè)繞組在空間上互差90，其定子磁勢(shì)

6、為脈動(dòng)磁勢(shì)，產(chǎn)生兩個(gè)正反向的磁場(chǎng)，合成電磁轉(zhuǎn)矩為零，電動(dòng)機(jī)不能自己起動(dòng)。為了使單相異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，就必須設(shè)法在起動(dòng)時(shí)使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部能夠產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。常用的方法有分相起動(dòng)和罩極起動(dòng)兩種，分相起動(dòng)即電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。本系統(tǒng)采用MOC3061將控制單元和被控單元隔離開(kāi)。MOC3061系列光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器是美國(guó)摩托羅拉公司推出的光電器件，其特點(diǎn)是大大加強(qiáng)了靜態(tài)dv/dt能力、保證了電感負(fù)載穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)性能。由于輸入與輸出采用光電隔離，絕緣電壓可達(dá)7500V。BTA12為用來(lái)控制其導(dǎo)通的雙向可控硅。如果G為高電平，當(dāng)陽(yáng)極大于陰極時(shí)，導(dǎo)通；否則截止。如果G為低電平，當(dāng)陽(yáng)極大于陰極時(shí)，截止；否則導(dǎo)

7、通。只有在被控制的交流信號(hào)過(guò)零時(shí)才能截止。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3。單片機(jī)控制系統(tǒng)以及通訊接口設(shè)計(jì)單片機(jī)控制模塊是測(cè)試系統(tǒng)的核心，它將傳感器傳過(guò)來(lái)的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)而單片機(jī)將最終的水位測(cè)試結(jié)果通過(guò)MODBUS總線傳送到上位機(jī)中，并且在LCD上顯示。它主要包括以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、LCD接口電路、485接口電路、看門(mén)狗電路、按鍵等。單片機(jī)控制系統(tǒng)電路圖如圖4。單片機(jī)控制模塊功能介紹：（1）鍵盤(pán)S1、S2、S3用于輸入?yún)?shù)，如角度，S1：增加，S2：減少，S3：進(jìn)入設(shè)定參數(shù)和確定；按S3進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定功能，顯示P1：起點(diǎn)為0，或原參數(shù)數(shù)值，此時(shí)可以按S1增加，或S2減少，減到0為止；再按S3確

8、認(rèn)參數(shù)；采用時(shí)間等待法解決多參數(shù)設(shè)定，時(shí)間間隔為10s。例如，P1顯示10s沒(méi)有輸入，則顯示P2：可以輸入第2個(gè)參數(shù)，依次類推。有參數(shù)輸入，則參數(shù)輸入結(jié)束后進(jìn)入下一個(gè)參數(shù)輸入。參數(shù)存在X5045中。（2）輸入數(shù)字量：INT0：速度脈沖；INT1：深度脈沖；P37：觸底脈沖；T0：進(jìn)水脈沖；T1：進(jìn)沙脈沖；（3）輸出數(shù)字量：P13：電機(jī)啟動(dòng)停止控制；P14：電極正反轉(zhuǎn)控制；P15：繼電器1控制；P16：繼電器2控制；P17：繼電器3控制。（4）顯示器顯示：測(cè)量過(guò)程及結(jié)果：進(jìn)水顯示1，進(jìn)沙顯示2，觸底顯示3；水深Hi及相應(yīng)流速；若待顯示內(nèi)容太多，則后面顯示覆蓋前面的。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件主要包

9、括：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)和液晶顯示初始化、通訊協(xié)議的實(shí)現(xiàn)、電機(jī)的控制、判斷各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的狀態(tài)（入水和觸底）等信號(hào)，計(jì)算深度。系統(tǒng)軟件流程如圖5。系統(tǒng)軟件工作流程如下：首先系統(tǒng)初始化，包括單片機(jī)初始化、通訊接口初始化和LCD顯示初始化；其次測(cè)試系統(tǒng)等待上位機(jī)控制指令，當(dāng)系統(tǒng)收到上位機(jī)的控制指令后，開(kāi)始進(jìn)行液位測(cè)試，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)將探桿送入水中，此時(shí)不斷檢測(cè)入水脈沖，判斷液面及光電編碼器脈沖個(gè)數(shù)。入水后，不斷檢測(cè)觸底脈沖，來(lái)判斷底面，通過(guò)液面和底面獲取整個(gè)行程。觸底后電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)獲取到整個(gè)行程中光電編碼器總的脈沖個(gè)數(shù)。MCU計(jì)算液位深度，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，將探桿拉出水中。最后，在液晶屏上顯示測(cè)試結(jié)果并且將結(jié)果保存在看門(mén)狗芯片中，通過(guò)MODBUS總線將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)中，為河流模型水文檢測(cè)提供數(shù)據(jù)支持?？偨Y(jié)本系統(tǒng)通過(guò)研制新型的物理介質(zhì)界面變化測(cè)量探針傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)河流模型液位深度的測(cè)量，在實(shí)際項(xiàng)目中獲得了成功。本系統(tǒng)具有成本低、擴(kuò)展能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在河流液位測(cè)試領(lǐng)域中有良好的應(yīng)用前景。熱門(mén)詞條鋁殼電阻RXG100W 制動(dòng)電阻 繞線電阻 水泥電阻 線繞電irf9540npbf貼