0引(yin)言
　　液位(wei)包括液(ye)位信号(hao)器和連(lian)續液位(wei)測量兩(liang)種。液位(wei)👨‍❤️‍👨信号器(qi)是對👣幾(ji)個固定(ding)位置的(de)液位進(jin)行測量(liang)，用于液(ye)位的上(shang)、下限🔴報(bao)警✍️等;連(lian)續液位(wei)測量是(shi)對液位(wei)連續地(di)進行測(ce)量，廣泛(fan)應用于(yu)農田灌(guan)溉、定量(liang)施量、高(gao)🙇‍♀️爐沖渣(zha)水位測(ce)量、環境(jing)監測等(deng)農業生(sheng)産🏃‍♀️領域(yu)，具有🍓非(fei)常重要(yao)的意義(yi)。目前，對(dui)液位測(ce)量的精(jing)度要求(qiu)不🚩僅愈(yu)來愈高(gao)，且需要(yao)測量儀(yi)能♌夠适(shi)應一些(xie)特殊環(huan)境，如高(gao)溫、高壓(ya)、強放射(she)性及強(qiang)腐蝕性(xing)等條件(jian)。液态肥(fei)因其生(sheng)産費用(yong)低、肥效(xiao)高、易吸(xi)收、節支(zhi)增産效(xiao)果🏃‍♀️顯著(zhe)及施用(yong)過程中(zhong)可以根(gen)據需要(yao)加入土(tu)壤所缺(que)🤞少的植(zhi)物營養(yang)元♻️素等(deng)優勢迅(xun)速得到(dao)了廣泛(fan)應用。而(er)變量施(shi)肥作爲(wei)農業的(de)重要部(bu)分，其技(ji)術基礎(chu)就是對(dui)液肥液(ye)位的準(zhun)确控制(zhi)。目前市(shi)場上，液(ye)位控制(zhi)‼️系統大(da)緻可分(fen)爲以下(xia)兩種:
1)機(ji)械式控(kong)制系統(tong)。機械式(shi)控制系(xi)統結構(gou)簡單、成(cheng)本低廉(lian);但這種(zhong)控制裝(zhuang)置故障(zhang)多、誤動(dong)作多，且(qie)隻能單(dan)獨控制(zhi)，與計算(suan)機進🧑🏾‍🤝‍🧑🏼行(hang)通信較(jiao)難實現(xian)。
2)交流調(diao)壓/變頻(pin)調速控(kong)制系統(tong)。該系統(tong)是通過(guo)安裝在(zai)水泵出(chu)口管道(dao)上的壓(ya)力傳感(gan)器，把出(chu)口壓力(li)變成标(biao)準工業(ye)電信号(hao)的模拟(ni)信号，經(jing)過前置(zhi)放大、多(duo)👌路切換(huan)、A/D變換成(cheng)👨‍❤️‍👨數字信(xin)号傳送(song)到單片(pian)🥵機，經單(dan)片機運(yun)算與給(gei)🐅定量的(de)比較，進(jin)行PID運算(suan)，得出調(diao)節參量(liang);經♻️由D/A變(bian)換給調(diao)壓/變頻(pin)調速裝(zhuang)置輸入(ru)給定端(duan)，控制其(qi)🚶‍♀️輸出電(dian)壓變化(hua)，來調節(jie)電機的(de)轉速，以(yi)達到控(kong)🏃‍♂️制水💁位(wei)的目的(de)。
　　本文以(yi)液态施(shi)肥機爲(wei)依托，針(zhen)對一定(ding)體積的(de)液肥🍉進(jin)行液位(wei)試驗，通(tong)過以單(dan)片機和(he)投入式(shi)液位計(ji)爲主要(yao)硬件資(zi)源設計(ji)硬件電(dian)路，畫出(chu)相應的(de)軟件流(liu)程圖進(jin)行🌈測試(shi)。數據分(fen)析驗證(zheng)表明:該(gai)傳感器(qi)在液肥(fei)液位測(ce)量中安(an)裝維護(hu)方便，能(neng)适應液(ye)肥這種(zhong)🛀特殊環(huan)境，其容(rong)量和液(ye)位高度(du)的測量(liang)誤差也(ye)滿足實(shi)際要求(qiu)。
1系統工(gong)作原理(li)及組成(cheng)
　　微壓式(shi)液位計(ji)采用的(de)是壓力(li)敏感元(yuan)件實現(xian)力－電轉(zhuan)換。傳感(gan)器的液(ye)位量程(cheng)是0～1．3m，且這(zhe)段量程(cheng)液位所(suo)對應的(de)🌈深度☎️約(yue)合🚶壓力(li)相比其(qi)他要小(xiao)很多，因(yin)而稱其(qi)爲“微壓(ya)式”。本系(xi)⛱️統是所(suo)選的正(zheng)是微壓(ya)式傳感(gan)器，它将(jiang)液位信(xin)号轉換(huan)爲4～20mA标準(zhun)電信号(hao)輸出。
　　若(ruo)設所測(ce)液體密(mi)度爲ρ，液(ye)位高度(du)爲h，大氣(qi)壓爲ρ0，重(zhong)力加速(su)度爲g，則(ze)液體所(suo)受壓力(li)p=ρgh+ρ0。這時，爲(wei)抵消大(da)氣壓力(li)變化所(suo)帶來的(de)測量🔞誤(wu)差，傳感(gan)器變送(song)器部分(fen)采用導(dao)氣電⭕纜(lan)将大氣(qi)壓力ρ0引(yin)入敏感(gan)元件的(de)負壓腔(qiang)，進而使(shi)p=ρgh。顯然，若(ruo)已知液(ye)體密度(du)，通過測(ce)取壓❗力(li)p就可換(huan)👅算出相(xiang)應的😄液(ye)位高度(du)。
1．1單片機(ji)選型
　　該(gai)系統結(jie)構相對(dui)簡單、運(yun)行速度(du)快，考慮(lü)到功能(neng)和⭐成本(ben)兼顧，采(cai)用以擴(kuo)展性51系(xi)列單片(pian)機STC12C5412AD爲核(he)心控制(zhi)元件。該(gai)芯片具(ju)有12kB用戶(hu)可自行(hang)安排的(de)FLASH及FEPROM空間(jian)比例;在(zai)同樣✂️的(de)工作頻(pin)率下，平(ping)均指令(ling)運算速(su)度是普(pu)通8051的8～12倍(bei)［4］，滿足系(xi)統對數(shu)據處理(li)的要求(qiu)，且掉電(dian)模式可(ke)💋由外部(bu)中斷喚(huan)醒，适用(yong)車㊙️載信(xin)息系統(tong)。系統設(she)計方⭐案(an)圖如圖(tu)1所

1．2投入(ru)式液位(wei)計選型(xing)
　　其基于(yu)所測液(ye)體靜壓(ya)與該液(ye)體的高(gao)度成比(bi)例的📱原(yuan)理，再将(jiang)靜🔴壓轉(zhuan)換爲電(dian)信号，實(shi)現非電(dian)量到電(dian)量的變(bian)換，利用(yong)這一特(te)性來完(wan)成對液(ye)位的測(ce)量。主要(yao)技術參(can)💜數如下(xia)🍉:量程1．3m，精(jing)度0．5%Fs，電壓(ya)🈚18～36VDC，輸出4～20mA。
其(qi)優點包(bao)括:①能實(shi)時測量(liang)罐内各(ge)點液位(wei);②直流4～20mA标(biao)準電流(liu)✌️信🈲号輸(shu)出;③密封(feng)性好，測(ce)量元件(jian)不與液(ye)肥直接(jie)接觸，避(bi)免了液(ye)肥對元(yuan)件的腐(fu)蝕。
2硬件(jian)電路設(she)計
2．1電源(yuan)電路設(she)計
　　電源(yuan)電路圖(tu)如圖2所(suo)示。圖2中(zhong)，爲了保(bao)證液位(wei)傳感器(qi)能獲得(de)24V的直流(liu)供電，選(xuan)用具有(you)DC－DC單片控(kong)制電路(lu)功能的(de)MC34063芯片，片(pian)内包含(han)有溫度(du)㊙️補償帶(dai)隙基準(zhun)源，能輸(shu)出1．5A的開(kai)關電源(yuan)，且是使(shi)用最少(shao)的🚩外接(jie)元件構(gou)成的升(sheng)壓變換(huan)器、降壓(ya)變換器(qi)和電源(yuan)❓反向器(qi)［5］。

　　本系統(tong)電源電(dian)路采用(yong)具有升(sheng)壓轉換(huan)作用的(de)MC34063芯片❄️，與(yu)電感L、二(er)極管D3、三(san)極管TIP122一(yi)起構成(cheng)電源電(dian)路。若TIP122導(dao)通時，+12V的(de)輸入電(dian)壓經采(cai)樣限流(liu)電阻R1、R2，流(liu)經電感(gan)L，随着電(dian)💁感L電流(liu)增加，其(qi)⭐兩端進(jin)🐪行儲存(cun)🏃‍♂️能量。此(ci)時，二極(ji)管D3是✍️防(fang)止電容(rong)C3對地放(fang)電，并由(you)電容C3向(xiang)負載供(gong)電;若TIP122斷(duan)開時，電(dian)感L及12V的(de)輸入電(dian)壓對電(dian)容C3充電(dian)的同時(shi)電容C3對(dui)負載供(gong)電，負載(zai)電壓穩(wen)定在+24V，穩(wen)壓的負(fu)反饋信(xin)号是🈲電(dian)阻R7、R8的分(fen)壓輸入(ru)到MC36063的5腳(jiao)。
2．2檢測電(dian)路設計(ji)
　　硬件部(bu)分的核(he)心爲STC12C5412AD，工(gong)作電壓(ya)由LM2576從24V轉(zhuan)變爲5V來(lai)提供❄️。同(tong)時，用MCU的(de)3個輸出(chu)引腳P1．1、P1．2、P1．3連(lian)接串并(bing)轉換芯(xin)片74HC595，就可(ke)實🌈現對(dui)系統所(suo)有的顯(xian)示功能(neng)及顯示(shi)元件的(de)控制。圖(tu)♉3中的74HC595芯(xin)片Q0～Q7共8位(wei)輸出控(kong)🛀🏻制8個發(fa)👉光二極(ji)管，每個(ge)二極🚶管(guan)分爲閃(shan)、亮2段，共(gong)16段💜，通過(guo)燈的👣閃(shan)亮和4個(ge)數碼管(guan)顯🔅示的(de)罐内液(ye)體容積(ji)值來記(ji)錄相關(guan)液位數(shu)據。其檢(jian)測電路(lu)原理圖(tu)如圖3所(suo)示。

3系統(tong)軟件設(she)計
　　系統(tong)軟件是(shi)利用51系(xi)列單片(pian)機集成(cheng)開發工(gong)具來進(jin)行⛱️C語言(yan)設計，采(cai)用模塊(kuai)化設計(ji)方式，由(you)系統與(yu)監控☁️程(cheng)序一起(qi)✉️管理執(zhi)行。系統(tong)🐉軟件主(zhu)要由主(zhu)程序、初(chu)始化程(cheng)序、定時(shi)中斷處(chu)理程序(xu)組成。其(qi)中，系統(tong)主程序(xu)🐅包括A/D轉(zhuan)換子程(cheng)序及💜顯(xian)示子程(cheng)序。系統(tong)初始化(hua)後進入(ru)主循環(huan)，定時中(zhong)斷處理(li)程序是(shi)對74HC595的輸(shu)出進行(hang)控制。系(xi)統主程(cheng)序流程(cheng)如圖4所(suo)示。

4數據(ju)測試及(ji)分析
4．1測(ce)試條件(jian)
　　爲驗證(zheng)本設計(ji)的可行(hang)性，基于(yu)所測液(ye)體靜壓(ya)與該液(ye)體的💜高(gao)度成比(bi)例，再将(jiang)靜壓轉(zhuan)換爲電(dian)壓的試(shi)驗♍原理(li)🌐，搭建實(shi)際👅的電(dian)路。用現(xian)有的播(bo)種機儲(chu)液罐作(zuo)爲容器(qi)☁️可容納(na)近1000L的液(ye)體。其實(shi)🛀際測量(liang)高度如(ru)圖5所示(shi)。因液肥(fei)與水密(mi)度相近(jin)，所以用(yong)水作爲(wei)測試對(dui)象，在正(zheng)式用液(ye)肥時驗(yan)證誤差(cha)，算出修(xiu)正系數(shu)，再寫入(ru)單片機(ji)中進行(hang)校正。


　　首(shou)先将液(ye)位計正(zheng)确安裝(zhuang)于儲液(ye)罐底部(bu)，接通電(dian)源後利(li)用🈲串有(you)🔅流量計(ji)的電泵(beng)開始注(zhu)水，注意(yi)觀察液(ye)✊位的變(bian)化❗，待快(kuai)到預先(xian)暫定的(de)水容量(liang)處關閉(bi)電源。此(ci)時，用萬(wan)用表讀(du)取液位(wei)計處🔞理(li)後的電(dian)壓值、記(ji)錄表示(shi)高度顯(xian)示的LED的(de)燈/閃數(shu)及流量(liang)計顯示(shi)的實際(ji)注水容(rong)量，再用(yong)米尺丈(zhang)量水的(de)實際液(ye)位高度(du)。試驗結(jie)果如表(biao)1所示。
4．2數(shu)據分析(xi)
　　觀察表(biao)1的數據(ju)之間存(cun)在某種(zhong)線性關(guan)系，用Mat-Lab對(dui)表1的壓(ya)力與容(rong)量及液(ye)位高度(du)數據進(jin)行一次(ci)曲線拟(ni)合，如圖(tu)6所示。

　　根(gen)據圖6的(de)拟合曲(qu)線，可得(de)到對應(ying)的回歸(gui)方程爲(wei)
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其中，x代(dai)表電壓(ya);y1爲容量(liang);y2爲液位(wei)高度。
由(you)此可見(jian):電壓與(yu)容量及(ji)液位高(gao)度之間(jian)确實存(cun)在良好(hao)的線性(xing)相關性(xing)，且從表(biao)1中也可(ke)以看出(chu)LED燈的亮(liang)、閃數随(sui)液☎️位高(gao)度而變(bian)化。　　因此(ci)，一旦配(pei)比好定(ding)量的液(ye)肥，在變(bian)量施🐇肥(fei)機工作(zuo)時，可以(yi)根據LED燈(deng)來判斷(duan)其液位(wei)高度，用(yong)數碼管(guan)來顯示(shi)其容量(liang)。
分析對(dui)比表2的(de)數據可(ke)知:液位(wei)高度誤(wu)差在允(yun)許範圍(wei)之🌈内，拟(ni)合容量(liang)的負數(shu)除了與(yu)傳感器(qi)的安裝(zhuang)位置及(ji)儲液罐(guan)的形狀(zhuang)有關以(yi)外，和換(huan)算容量(liang)的基點(dian)(零點)也(ye)⛹🏻‍♀️相關。因(yin)此，可以(yi)重新選(xuan)一個容(rong)量和高(gao)度基🔴點(dian)來解決(jue)。

5結論
　　以(yi)STC12C5412AD單片機(ji)爲核心(xin)的液肥(fei)檢測系(xi)統，可以(yi)動态地(di)顯示液(ye)位及容(rong)量的變(bian)化，實用(yong)性較強(qiang)，且成本(ben)低廉。在(zai)随機的(de)測📞量試(shi)驗中，節(jie)省了人(ren)力及物(wu)力，同時(shi)也提高(gao)了檢測(ce)的效📞率(lü)。該投🈲入(ru)式液位(wei)計體積(ji)小巧、使(shi)用方便(bian)、維護成(cheng)本不高(gao)，優于其(qi)他☎️如超(chao)聲波傳(chuan)感器。試(shi)驗數據(ju)分析表(biao)明:該微(wei)壓傳感(gan)器性能(neng)指标能(neng)滿足較(jiao)高精度(du)要求的(de)測量，爲(wei)液肥播(bo)種機的(de)進一步(bu)智能化(hua)奠定了(le)一定的(de)實踐基(ji)礎，對其(qi)❗它的液(ye)位測量(liang)也具有(you)較好的(de)借鑒作(zuo)用。

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