投入式液位變送器用于液肥液位檢測

投入式液位變送器選型 
　　其基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，再將靜壓轉換為電信號，實現非電量到電量的變換，利用這一特性來完成對液位的測量。主要技術參數如下:量程1．3m，精度0．5%Fs，電壓18～36VDC，輸出4～20mA。
其優點包括:①能實時測量罐內各點液位;②直流4～20mA標準電流信號輸出;③密封性好，測量元件不與液肥直接接觸，避免了液肥對元件的腐蝕。
2硬件電路設計 
2．1電源電路設計 
　　電源電路圖如圖2所示。圖2中，為了保證液位傳感器能獲得24V的直流供電，選用具有DC－DC單片控制電路功能的MC34063芯片，片內包含有溫度補償帶隙基準源，能輸出1．的開關電源，且是使用zui少的外接元件構成的升壓變換器、降壓變換器和電源反向器［5］。
　　

    本系統電源電路采用具有升壓轉換作用的MC34063芯片，與電感L、二極管D3、三極管TIP122一起構成電源電路。若TIP122導通時，+12V的輸入電壓經采樣限流電阻R1、R2，流經電感L，隨著電感L電流增加，其兩端進行儲存能量。此時，二極管D3是防止電容C3對地放電，并由電容C3向負載供電;若TIP122斷開時，電感L及12V的輸入電壓對電容C3充電的同時電容C3對負載供電，負載電壓穩定在+24V，穩壓的負反饋信號是電阻R7、R8的分壓輸入到MC36063的5腳。
2．2檢測電路設計 
　　硬件部分的核心為STC12C5412AD，工作電壓由LM2576從24V轉變為5V來提供。同時，用MCU的3個輸出引腳P1．1、P1．2、P1．3連接串并轉換芯片74HC595，就可實現對系統所有的顯示功能及顯示元件的控制。圖3中的74HC595芯片Q0～Q7共8位輸出控制8個發光二極管，每個二極管分為閃、亮2段，共16段，通過燈的閃亮和4個數碼管顯示的罐內液體容積值來記錄相關液位數據。其檢測電路原理圖如圖3所示。

3系統軟件設計 
　　系統軟件是利用51系列單片機集成開發工具來進行C語言設計，采用模塊化設計方式，由系統與監控程序一起管理執行。系統軟件主要由主程序、初始化程序、定時中斷處理程序組成。其中，系統主程序包括A/D轉換子程序及顯示子程序。系統初始化后進入主循環，定時中斷處理程序是對74HC595的輸出進行控制。系統主程序流程如圖4所示。

4數據測試及分析 
4．1測試條件 
　　為驗證本設計的可行性，基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例，再將靜壓轉換為電壓的試驗原理，搭建實際的電路。用現有的播種機儲液罐作為容器可容納近1000L的液體。其實際測量高度如圖5所示。因液肥與水密度相近，所以用水作為測試對象，在正式用液肥時驗證誤差，算出修正系數，再寫入單片機中進行校正。


　　首先將液位計正確安裝于儲液罐底部，接通電源后利用串有流量計的電泵開始注水，注意觀察液位的變化，待快到預先暫定的水容量處關閉電源。此時，用萬用表讀取液位計處理后的電壓值、記錄表示高度顯示的LED的燈/閃數及流量計顯示的實際注水容量，再用米尺丈量水的實際液位高度。試驗結果如表1所示。 
4．2數據分析 
　　觀察表1的數據之間存在某種線性關系，用Mat-Lab對表1的壓力與容量及液位高度數據進行一次曲線擬合，如圖6所示。

　　根據圖6的擬合曲線，可得到對應的回歸方程為
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其中，x代表電壓;y1為容量;y2為液位高度。 
由此可見:電壓與容量及液位高度之間確實存在良好的線性相關性，且從表1中也可以看出LED燈的亮、閃數隨液位高度而變化。　　因此，一旦配比好定量的液肥，在變量施肥機工作時，可以根據LED燈來判斷其液位高度，用數碼管來顯示其容量。
分析對比表2的數據可知:液位高度誤差在允許范圍之內，擬合容量的負數除了與傳感器的安裝位置及儲液罐的形狀有關以外，和換算容量的基點(零點)也相關。因此，可以重新選一個容量和高度基點來解決。

5結論 
　　以STC12C5412AD單片機為核心的液肥檢測系統，可以動態地顯示液位及容量的變化，實用性較強，且成本低廉。在隨機的測量試驗中，節省了人力及物力，同時也提高了檢測的效率。該投入式液位計體積小巧、使用方便、維護成本不高，優于其他如超聲波傳感器。試驗數據分析表明:該微壓傳感器性能指標能滿足較高精度要求的測量，為液肥播種機的進一步智能化奠定了一定的實踐基礎，對其它的液位測量也具有較好的借鑒作用。