0引言
　　液位(wèi)包括液位(wei)信号器和(he)連續液位(wèi)測量兩種(zhǒng)。液位信号(hào)器是對✊幾(jǐ)個固定位(wei)置的液位(wèi)進行測量(liang)，用于液位(wei)🌈的上、下限(xian)報警等;連(lian)續液位測(cè)量是對液(yè)位連續地(di)進🌏行測量(liang)，廣泛應用(yong)于農🔆田灌(guàn)溉、定量施(shi)量、高🔞爐沖(chong)渣水位測(ce)量、環境監(jiān)測等農業(yè)生産🛀領域(yù)，具有非常(cháng)重要的意(yì)義。目前，對(duì)液位測量(liang)的精度要(yào)求不僅愈(yù)來愈高🎯，且(qiě)🙇🏻需要測量(liàng)儀能🏃夠适(shi)應一些特(tè)殊環境，如(ru)高溫、高壓(yā)、強放射性(xìng)及強腐蝕(shí)性等條件(jiàn)。液态肥因(yīn)其生産費(fei)用低、肥效(xiào)高、易吸收(shou)、節支📧增産(chan)效果♌顯著(zhe)及施⭕用過(guò)程中可以(yi)根據㊙️需要(yao)加入土壤(rǎng)所缺💰少的(de)植物營養(yang)元素等優(you)勢迅速得(dé)到了廣泛(fan)應用。而變(bian)量施肥作(zuo)爲農業的(de)🌈重要部分(fen)，其技術基(jī)礎就🏃是對(dui)🌍液肥液位(wèi)的準确控(kong)制。目前市(shi)場上，液位(wei)控制系統(tong)大緻可分(fen)爲以下兩(liang)種:
1)機械式(shi)控制系統(tǒng)。機械式控(kòng)制系統結(jie)構簡單、成(chéng)本低廉📐;但(dàn)這種控制(zhì)裝置故障(zhàng)多、誤動作(zuo)多，且隻能(néng)單獨控制(zhi)，與計算機(jī)進行通信(xin)較難實現(xiàn)。
2)交流調壓(yā)/變頻調速(sù)控制系統(tong)。該系統是(shì)通過安裝(zhuāng)在水泵出(chu)口管道上(shang)的壓力傳(chuán)感器，把出(chū)口壓力變(bian)成标🙇🏻準工(gōng)業電信号(hao)的模拟信(xin)号，經過前(qian)置放大、多(duo)路切換、A/D變(bian)換成數字(zi)信号傳送(sòng)到單片機(jī)，經單片機(ji)運算與給(gěi)🧡定量的比(bǐ)較，進行PID運(yùn)⚽算，得出調(diao)節參量;經(jing)由D/A變換給(gěi)調壓/變頻(pín)調速💞裝置(zhi)輸入給定(dìng)端，控制其(qí)🎯輸出電壓(ya)變化，來調(diao)節電機的(de)轉速，以達(dá)到控制水(shui)位的目的(de)。
　　本文以液(ye)态施肥機(ji)爲依托，針(zhēn)對一定體(ti)積的液肥(féi)進行✌️液位(wei)試☔驗，通過(guo)以單片機(jī)和投入式(shi)液位計爲(wei)主要硬件(jian)資源設計(jì)硬件電路(lù)，畫出相應(yīng)的軟件流(liú)程圖進行(hang)測試。數據(ju)分析驗證(zheng)表明:該傳(chuan)感器在液(yè)肥🎯液位測(cè)量♋中安裝(zhuang)維護方便(bian)，能适應液(yè)肥這種特(tè)殊環境，其(qí)容量和液(ye)位高度的(de)測量誤差(chà)也滿足實(shí)際要求。
1系(xì)統工作原(yuan)理及組成(chéng)
　　微壓式液(ye)位計采用(yòng)的是壓力(li)敏感元件(jiàn)實現力－電(diàn)轉♌換。傳⭐感(gǎn)器⛱️的液位(wèi)量程是0～1．3m，且(qie)這段量程(cheng)液位所對(duì)應的深度(du)🔞約合💋壓力(lì)相比其他(ta)要小很多(duō)，因而稱其(qi)🍉爲“微壓式(shì)”。本系統是(shi)所選的正(zhèng)是微壓式(shi)傳感器，它(tā)🔴将液位信(xin)号轉換爲(wèi)4～20mA标準電信(xin)号輸出。
　　若(ruò)設所測液(yè)體密度爲(wèi)ρ，液位高度(dù)爲h，大氣壓(yā)爲ρ0，重力加(jia)速度爲🔴g，則(zé)液體所受(shou)壓力p=ρgh+ρ0。這時(shi)，爲抵消大(da)氣壓力變(bian)化所帶來(lai)的測量誤(wu)差⭐，傳感器(qi)變送器部(bù)分采用導(dǎo)氣電纜将(jiāng)大🈲氣壓力(lì)ρ0引入敏感(gǎn)元件的負(fù)壓腔，進而(ér)使p=ρgh。顯然，若(ruò)已知液體(ti)密度，通過(guo)測取壓力(li)p就可換算(suàn)出相應的(de)🈲液位高度(du)。
1．1單片機選(xuan)型
　　該系統(tong)結構相對(duì)簡單、運行(hang)速度快，考(kao)慮到功能(néng)和成♍本兼(jiān)🎯顧，采用以(yǐ)擴展性51系(xi)列單片機(jī)STC12C5412AD爲核心控(kong)制元件。該(gāi)芯❗片具有(yǒu)12kB用戶可自(zì)行安排的(de)FLASH及FEPROM空間比(bǐ)例;在同樣(yàng)的工作頻(pin)率下，平均(jun1)指令運算(suan)速度是普(pǔ)通‼️8051的8～12倍［4］，滿(man)足系統對(duì)數據處理(li)的要求，且(qiě)掉🐅電模式(shì)可由外部(bù)中斷喚醒(xǐng)，适用車載(zǎi)信息系統(tǒng)。系統設計(ji)方案圖如(ru)圖1所

1．2投入(rù)式液位計(ji)選型
　　其基(jī)于所測液(yè)體靜壓與(yu)該液體的(de)高度成比(bǐ)例的原理(lǐ)，再将靜壓(yā)轉換爲電(dian)信号，實現(xian)非電量到(dào)電量的變(bian)換，利用這(zhe)一特性來(lái)完成對液(yè)位的測量(liàng)。主要技術(shu)參數如下(xià)♌:量程1．3m，精度(du)0．5%Fs，電壓18～36VDC，輸出(chu)4～20mA。
其優點包(bao)括:①能實時(shi)測量罐内(nei)各點液位(wei);②直流4～20mA标準(zhun)電流信号(hào)輸出;③密封(fēng)性好，測量(liang)元件不與(yu)液肥直接(jie)接觸，避免(miǎn)了液肥對(duì)🔞元件的腐(fu)蝕。
2硬件電(dian)路設計
2．1電(diàn)源電路設(shè)計
　　電源電(diàn)路圖如圖(tú)2所示。圖2中(zhōng)，爲了保證(zheng)液位傳感(gǎn)器能獲🈲得(dé)24V的🥵直流供(gong)電，選用具(ju)有DC－DC單片控(kong)制電路功(gong)能的MC34063芯片(piàn)，片🛀内包含(han)有溫度補(bu)償帶隙基(jī)準源，能輸(shu)出1．5A的開關(guan)👅電源，且是(shi)使用最少(shao)的外接元(yuán)件構成的(de)升☀️壓變換(huàn)器、降壓變(biàn)換器和電(diàn)源反向器(qi)［5］。

　　本系統電(dian)源電路采(cai)用具有升(shēng)壓轉換作(zuò)用的MC34063芯片(pian)🌏，與電感L、二(er)極管D3、三極(ji)管TIP122一起構(gòu)成電源電(dian)路。若TIP122導通(tōng)時，+12V的輸入(rù)電壓💃經采(cǎi)樣限流電(diàn)阻R1、R2，流經電(dian)感L，随着電(dian)感L電流增(zeng)加，其兩端(duān)進行儲存(cun)能量。此時(shi)，二極管D3是(shì)防止電容(rong)C3對地放電(diàn)，并由電容(rong)C3向負載供(gòng)電;若TIP122斷開(kai)時，電感L及(jí)12V的輸入電(diàn)壓對電容(róng)C3充電的同(tong)時電容C3對(dui)負載供電(dian)，負載電壓(ya)穩定在+24V，穩(wen)壓的負反(fan)饋信号是(shi)電阻R7、R8的分(fèn)壓輸入到(dào)MC36063的5腳。
2．2檢測(cè)電路設計(ji)
　　硬件部分(fen)的核心爲(wèi)STC12C5412AD，工作電壓(ya)由LM2576從24V轉變(bian)爲5V來提供(gòng)。同時，用MCU的(de)3個👄輸出引(yin)腳P1．1、P1．2、P1．3連接串(chuan)并轉換芯(xin)片74HC595，就可實(shí)現對🌈系統(tǒng)♊所有的顯(xian)示功能及(jí)顯示元件(jiàn)的控制。圖(tu)3中的74HC595芯片(pian)Q0～Q7共8位🌈輸出(chū)控制8個發(fā)💔光二極管(guan)，每個二極(jí)🈲管分爲閃(shǎn)、亮2段，共16段(duàn)，通過燈的(de)閃亮和4個(ge)數碼管顯(xiǎn)🔞示的罐内(nèi)液體容積(jī)值來記錄(lù)相關液位(wei)數據。其檢(jian)🌈測電路原(yuan)理📧圖如圖(tú)3所示。

3系統(tǒng)軟件設計(ji)
　　系統軟件(jiàn)是利用51系(xì)列單片機(ji)集成開發(fa)工具來進(jìn)行C語言🐪設(she)🛀🏻計🙇🏻，采用模(mo)塊化設計(jì)方式，由系(xì)統與監控(kong)程序一起(qǐ)管理執行(hang)🍓。系統軟件(jian)主要由主(zhǔ)程序、初始(shi)化程序、定(dìng)時中斷處(chu)理程序組(zu)成。其中，系(xi)統主程序(xù)包括A/D轉換(huan)🔴子程序及(ji)顯示子程(cheng)序。系統初(chū)始化後進(jìn)入主循環(huán)，定🐪時中斷(duan)處理程序(xu)是對74HC595的輸(shū)出進行控(kong)制。系統主(zhǔ)程序流程(cheng)如圖4所示(shi)。

4數據測試(shi)及分析
4．1測(ce)試條件
　　爲(wei)驗證本設(she)計的可行(háng)性，基于所(suo)測液體靜(jìng)壓與該液(ye)體的高🌈度(dù)成比例，再(zai)将靜壓轉(zhuan)換爲電壓(ya)的試驗原(yuan)理，搭建🚩實(shí)際的電路(lu)。用現有的(de)播種機儲(chu)液罐作爲(wèi)容器可容(róng)納🍉近1000L的液(yè)體。其實際(ji)測量高度(du)如圖5所示(shì)。因液肥與(yu)水密度相(xiang)近，所以用(yong)水作爲測(cè)試對象⭕，在(zai)正式用液(ye)肥時驗證(zhèng)誤差，算出(chu)修正系數(shu)，再寫入單(dān)片機中進(jin)行校正。


　　首(shǒu)先将液位(wei)計正确安(ān)裝于儲液(ye)罐底部，接(jiē)通電源後(hòu)利🛀用🙇🏻串有(you)流量計的(de)電泵開始(shǐ)注水，注意(yi)觀察液位(wèi)的✂️變化，待(dài)快到預先(xian)暫定的水(shuǐ)容量處關(guān)閉電源。此(ci)時，用萬用(yòng)表讀取液(ye)⭐位計處理(li)後的🛀電壓(ya)值、記錄表(biao)示高度顯(xiǎn)示的LED的燈(dēng)/閃數及流(liu)量計顯💔示(shi)的實際注(zhù)水容量，再(zai)🔱用米尺丈(zhang)量水的實(shi)際液🈲位高(gao)度。試驗♋結(jie)果如表1所(suo)示。
4．2數據分(fen)析
　　觀察表(biao)1的數據之(zhi)間存在某(mou)種線性關(guan)系，用Mat-Lab對表(biao)1的🚶‍♀️壓力與(yu)容量及液(yè)位高度數(shù)據進行一(yi)次曲線拟(ni)合，如圖6所(suǒ)示。

　　根據圖(tú)6的拟合曲(qǔ)線，可得到(dao)對應的回(huí)歸方程爲(wei)
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其中，x代表(biao)電壓;y1爲容(rong)量;y2爲液位(wèi)高度。
由此(ci)可見:電壓(yā)與容量及(ji)液位高度(dù)之間确實(shí)存在良好(hao)的線性相(xiàng)關性，且從(cóng)表1中也可(ke)以看出LED燈(dēng)的亮🌈、閃數(shù)随液位高(gāo)度而變化(hua)。　　因此，一旦(dan)配比好定(dìng)量的液肥(féi)，在變量施(shī)肥機工作(zuò)時，可🧑🏾‍🤝‍🧑🏼以根(gen)據LED燈來判(pan)斷其液位(wei)高度，用數(shu)碼管來顯(xiǎn)示其容量(liàng)。
分析對比(bi)表2的數據(ju)可知:液位(wei)高度誤差(chà)在允許範(fàn)圍之内，拟(ni)合容量的(de)負數除了(le)與傳感器(qi)的安裝位(wèi)置及儲液(ye)罐的🈲形狀(zhuàng)有關以外(wai)，和換算容(rong)量的基點(dian)(零點)也相(xiang)關。因😘此，可(ke)以✂️重新選(xuan)一個容量(liàng)和高度基(ji)點來解決(jue)。

5結論
　　以STC12C5412AD單(dān)片機爲核(he)心的液肥(féi)檢測系統(tǒng)，可以動态(tai)地顯示液(yè)位及容量(liang)的變化，實(shi)用性較強(qiáng)，且成本低(dī)廉。在随機(ji)的測🍓量試(shi)驗中，節省(sheng)💞了人力及(jí)物力，同時(shi)也提高了(le)檢測的效(xiào)率。該投入(ru)式液位計(ji)體積小巧(qiao)、使用方便(biàn)、維護成本(ben)不高，優于(yú)其他如超(chao)聲波🚶‍♀️傳感(gǎn)器。試🌈驗數(shu)據分析表(biǎo)明:該微壓(ya)傳感器性(xìng)能指标能(néng)滿足較高(gao)精度要求(qiú)📧的測量，爲(wèi)液肥播種(zhǒng)機的進一(yi)步智能化(hua)奠定♉了一(yi)定的實踐(jian)基礎，對其(qi)它的液位(wèi)測量也具(ju)有較好的(de)借鑒作用(yòng)。

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