智能液體測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

1、 智能液體測(cè)試儀的設(shè)計(jì) 陳龍Summary：本次設(shè)計(jì)以atmega2560單片機(jī)為控制核心，通過硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同液體的液位、重量的檢測(cè)及種類的判別，結(jié)合軟件編寫各個(gè)模塊所對(duì)應(yīng)的程序，完成電路功能的實(shí)現(xiàn)，并且將各個(gè)模塊進(jìn)行整合，將測(cè)試結(jié)果呈現(xiàn)在液晶顯示屏上。通過對(duì)超聲波傳感器反饋數(shù)值的計(jì)算，得到液體液位的精確數(shù)值;通過對(duì)壓力傳感器反饋數(shù)值的計(jì)算，得到液體重量的精確數(shù)值;通過對(duì)光源的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳狀液體的判別;通過對(duì)液體電阻率的測(cè)量，判別液體的種類;通過溫度傳感器測(cè)量溫度等。Key：液位測(cè)量;重量檢測(cè);液體種類分辨：TP212.6 ：A ：1007-9416（2019）09-0168-020

2、 引言智能液體測(cè)試儀用于測(cè)量液體的液位、重量及溫度，分辨液體的種類，如鹽水、糖水、純凈水、牛奶、白醋等。1 方案設(shè)計(jì)方案一：通過對(duì)超聲波傳感器反饋數(shù)值的計(jì)算，得到液體液位的精確數(shù)值;通過對(duì)壓力傳感器反饋數(shù)值的計(jì)算，得到液體重量的精確數(shù)值;通過對(duì)光源的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳狀液體的判別;通過對(duì)液體電阻率的測(cè)量，判別液體的種類。以atmega2560單片機(jī)為控制核心編寫各個(gè)模塊所對(duì)應(yīng)的程序，利用液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的顯示。方案二：通過對(duì)紅外測(cè)距反饋數(shù)值的計(jì)算，得到液體液位的精確數(shù)值;通過對(duì)壓力傳感器反饋數(shù)值的計(jì)算，得到液體重量的精確數(shù)值;通過對(duì)PH的測(cè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體種類的判別;軟件選擇atmega16

3、單片機(jī)，利用C語言完成程序編寫，利用液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的顯示。方案二：采用采用紅外測(cè)距技術(shù)測(cè)量液位，但是紅外穿透能力較強(qiáng)，無法精準(zhǔn)測(cè)量，方案一采用超聲波技術(shù)測(cè)量液體液位，較方案二更加精確;方案二通過對(duì)不同液體PH的對(duì)比，來確定液體種類，但是，不同濃度的鹽水PH變化較大，與其他液體PH范圍會(huì)產(chǎn)生交集，無法精準(zhǔn)判斷，方案一對(duì)不同液體的電阻率進(jìn)行測(cè)量，不同濃度鹽水電阻率偏差較小，各種液體之間不會(huì)產(chǎn)生交集，可以準(zhǔn)確判斷液體種類。Atmega16單片機(jī)內(nèi)部無數(shù)模轉(zhuǎn)換引腳，程序冗雜，而atmega2560內(nèi)部程序自帶數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，且程序簡(jiǎn)單明了，且其需要對(duì)寄存器進(jìn)行操作，直接調(diào)用函數(shù)，簡(jiǎn)單快捷。綜上

4、所述，選擇方案一可以更加精確的確定不同種類液體的各項(xiàng)參數(shù)。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)接通電源后，atmega2560單片機(jī)采集超聲波傳感器測(cè)得液位值、稱重傳感器測(cè)得重量值以及液體電阻率的數(shù)值，并進(jìn)行計(jì)算，將最終檢測(cè)結(jié)果顯示在液晶屏上。整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)框，如圖1所示。2.1 電源模塊各個(gè)模塊所需的電源由220V開關(guān)電源提供，直流12V電源經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓模塊降壓后輸出穩(wěn)定的直流5V。為了避免開關(guān)電源出現(xiàn)故障，保障電源模塊的穩(wěn)定性，電路設(shè)計(jì)過程中采用備用電源電池組供電。在開關(guān)電源與電池組電路輸出端各串聯(lián)一個(gè)二極管，避免電源之間相互干擾，為電路提供穩(wěn)定電源。2.2 測(cè)距模塊采用超聲波測(cè)距的方法，利用單片機(jī)編寫程序

5、發(fā)出控制指令，超聲波模塊發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回。如果有信號(hào)返回，超聲波模塊輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，單片機(jī)用來檢測(cè)高電平時(shí)間，通過計(jì)算，測(cè)試距離=（高電平時(shí)間聲音傳播速度）/2，精度可達(dá)1mm。液位測(cè)量的方法：超聲波傳感器到杯底的高度減去超聲波傳感器到液面的高度。2.3 稱重模塊采用壓力傳感器測(cè)量物體重量的方法，物體放置壓力傳感器時(shí)，導(dǎo)體受機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，利用電阻應(yīng)變效應(yīng)原理，計(jì)算所測(cè)液體的重量。通過計(jì)算，重量=電阻變化值0.201-0.4， 精度可達(dá)1g。液體凈重的測(cè)量方法是：液體測(cè)量值減去杯子的重量。2.4 溫度模

6、塊采用DS18B20溫度傳感器測(cè)量液體溫度，通過單片機(jī)的串口采集信息，數(shù)值經(jīng)過計(jì)算，直接顯示被測(cè)液體溫度。測(cè)量溫度范圍較寬，-55+125，精度可達(dá)0.5。2.5 乳液模塊乳狀液體對(duì)光的吸收能力較強(qiáng)，無法穿透，采用光源發(fā)射、接收的方法判別乳狀液體（牛奶）。利用激光的穿透力和光敏電阻接受光照不同阻值發(fā)生變化來判別是否為乳狀液體（牛奶），單片機(jī)檢測(cè)電阻值得變化，若是乳狀液體，光敏電阻阻值不發(fā)生變化。2.6 溶液模塊采用測(cè)量電阻率的方法，將模塊放入液體中，形成回路，不同種類液體的電解質(zhì)不同，電阻率就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化區(qū)間。各種液體之間不會(huì)產(chǎn)生交集，可以準(zhǔn)確判斷液體種類。測(cè)量方法是探針放入液體中，單片機(jī)

7、AD口采集液體電阻率，經(jīng)過計(jì)算處理，與各種液體電阻率區(qū)間進(jìn)行對(duì)比，從而判斷出液體種類。2.7 CPU模塊atmega2560單片機(jī)通過對(duì)超聲波傳感器反饋數(shù)值的計(jì)算，得到液體液位的精確數(shù)值;通過對(duì)壓力傳感器反饋數(shù)值的計(jì)算，得到液體重量的精確數(shù)值;通過溫度傳感器測(cè)量溫度;通過對(duì)光源的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳狀液體的判別;通過對(duì)液體電阻率的測(cè)量，判別液體的種類等，最終將測(cè)試結(jié)果顯示在液晶屏上。程序流程圖，如圖2所示。2.8 液晶顯示模塊采用12864液晶顯示屏作為顯示模塊，通電后顯示“歡迎使用多功能液體檢測(cè)儀”，按下啟動(dòng)鍵后，進(jìn)入功能選擇模式。測(cè)試過程中分別顯示液位高度、液體重量、溫度、液體種類。3 系統(tǒng)測(cè)試

8、3.1 測(cè)量材料食鹽，白砂糖，白醋，純牛奶，純凈水，量尺，電子稱，砝碼，量杯，攪拌器等。3.2 測(cè)試方法步驟一：改變超聲波傳感器的位置，進(jìn)行校準(zhǔn)。步驟二：用電子秤與稱重傳感器分別測(cè)得不同砝碼的重量，記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算誤差值。步驟三：連接電源，按動(dòng)啟動(dòng)按鍵，開始檢測(cè)該液體液位、重量等參數(shù)，觀察液晶顯示模塊的顯示內(nèi)容，記錄檢測(cè)結(jié)果，并與專業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。步驟四：依次更換不同液體（純凈水、9%濃度的醋、純牛奶、鹽水），重復(fù)步驟三，并且顯示所測(cè)液體種類，記錄數(shù)據(jù)。3.3 圖表數(shù)據(jù)圖表數(shù)據(jù)，如表1和表2所示。4 結(jié)語本次設(shè)計(jì)以atmega2560單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能，經(jīng)過監(jiān)測(cè)實(shí)

9、驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件電路設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化，使系統(tǒng)的整體電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、性能更加穩(wěn)定、精確度更高;同時(shí)采用arduino程序編寫，省去了冗長(zhǎng)的程序，節(jié)約了時(shí)間成本，大大提高了檢測(cè)效率。Reference1 華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）M.北京：高等教育出版社，2006.2 李永華.arduino案例實(shí)戰(zhàn)（第三版）M.北京：清華大學(xué)出版社，2017.Abstract：This design atmega2560 single-chip microcomputer as control core， through the design of hardware circ

10、uit implementation of different liquid level， weight detection and the types of evaluation， combining with the software write each module of the program， the realization of the function of complete circuit， and to integrate the various modules， the results appear on the LCD screen. By calculating th

11、e feedback value of ultrasonic sensor， the exact value of liquid level is obtained. The accurate value of liquid weight is obtained by calculating the feedback value of pressure sensor. Through the detection of the light source， the emulsion liquid can be distinguished. By measuring the resistivity of liquid， distinguish the type of liquid; The temperature is measured by the temperature sensor.Key words：liquid level measurement; w