0引言
　　液位(wei)包括液位(wei)信号器和(he)連續液位(wei)測量兩種(zhong)。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(wèi)的上、下限(xiàn)報警♌等;連(lian)續液位測(ce)量是對液(ye)位連續地(di)進行測量(liang)，廣泛應用(yòng)于農田灌(guàn)溉🏃、定量施(shi)量、高爐沖(chòng)渣水位測(ce)量、環境監(jian)測等農業(yè)生産📐領域(yù)，具有非常(chang)重要的意(yì)義。目前，對(duì)💃🏻液位測量(liàng)的精度要(yào)求不☎️僅愈(yu)來愈高，且(qie)需要測量(liang)儀能夠适(shì)應一些特(tè)殊環💛境，如(rú)高溫、高壓(ya)、強放射性(xìng)✉️及強腐蝕(shi)性等條件(jiàn)。液态肥因(yin)其生産費(fèi)用低、肥效(xiào)高、易吸收(shōu)、節支增産(chan)效果♈顯著(zhe)及施👄用過(guò)程中可以(yǐ)根據🙇‍♀️需要(yào)加入土壤(rang)所缺少的(de)植物營養(yang)元素等優(you)勢迅速得(dé)到了廣泛(fàn)應用。而變(bian)量施肥作(zuo)爲農業的(de)重要部分(fèn)，其技術基(ji)礎就是對(dui)液肥液位(wei)的準确控(kong)制。目前市(shi)場上，液位(wèi)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(kong)制系統結(jie)構簡單、成(chéng)本低廉;但(dàn)這🧑🏾‍🤝‍🧑🏼種控制(zhi)裝置故障(zhàng)多、誤動作(zuò)多，且隻能(néng)單獨控制(zhì)，與計算機(ji)進行通🧡信(xin)較難實現(xian)。
2)交流調壓(ya)/變頻調速(su)控制系統(tǒng)。該系統是(shì)通過安裝(zhuāng)在水泵出(chū)💋口管道上(shang)的壓力傳(chuan)感器，把出(chu)口壓力變(bian)成标準工(gōng)業電信号(hào)的模拟信(xin)号，經過前(qian)置放大、多(duō)路切換、A/D變(biàn)換成數字(zi)信号傳送(sòng)到單片機(jī)，經單片機(ji)📱運算與給(gei)定量的比(bǐ)較，進行PID運(yùn)算，得出調(diào)節參量;經(jīng)由D/A變換給(gei)調壓/變頻(pin)調速🚩裝置(zhì)輸入給定(ding)端，控制其(qi)輸出電壓(ya)變👨‍❤️‍👨化，來調(diào)節電機的(de)轉速，以達(dá)到控制水(shui)💰位的目的(de)。
　　本文以液(yè)态施肥機(jī)爲依托，針(zhēn)對一定體(ti)積的液肥(féi)進行液位(wei)試驗，通過(guò)以單片機(ji)和投入式(shi)液位計爲(wèi)主要硬件(jiàn)資源設計(jì)硬件電路(lù)，畫出相應(ying)的軟件流(liu)程圖進🐅行(háng)♌測試。數據(jù)分析驗證(zheng)表明:該傳(chuan)感器在液(yè)肥♻️液位測(ce)量✍️中安裝(zhuang)維護方便(biàn)，能适應液(yè)肥這種特(te)殊環境，其(qi)容量和液(ye)位高度的(de)測量👅誤差(cha)也滿足實(shí)際要求。
1系(xi)統工作原(yuan)理及組成(cheng)
　　微壓式液(ye)位計采用(yong)的是壓力(lì)敏感元件(jian)實現力－電(diàn)轉換。傳感(gan)♻️器的液位(wei)量程是0～1．3m，且(qiě)這段量程(chéng)液位所對(dui)應的深度(dù)約合📞壓力(lì)相比其他(ta)要小很多(duo)，因而稱其(qi)爲“微壓式(shi)”。本系♌統是(shi)所選的正(zheng)⭐是微壓式(shì)傳感器，它(tā)将液位信(xin)号轉換爲(wèi)4～20mA标準電信(xìn)号輸出。
　　若(ruò)設所測液(ye)體密度爲(wei)ρ，液位高度(du)爲h，大氣壓(yā)爲ρ0，重力加(jia)✂️速度爲g，則(ze)液體所受(shòu)壓力p=ρgh+ρ0。這時(shi)，爲抵消大(dà)氣壓力變(bian)化所帶來(lái)的測量誤(wù)差，傳感器(qi)變送器部(bù)分采用😄導(dǎo)氣電纜将(jiāng)大氣壓力(li)ρ0引入敏感(gan)元件🐇的負(fù)壓腔，進而(ér)使p=ρgh。顯然，若(ruo)已知液體(tǐ)密度，通過(guò)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(xuǎn)型
　　該系統(tong)結構相對(dui)簡單、運行(háng)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(you)12kB用戶可自(zi)行安排的(de)FLASH及FEPROM空間比(bǐ)例;在同樣(yang)的工作頻(pín)率下，平均(jun)指令運算(suàn)速度是普(pǔ)通8051的8～12倍［4］，滿(mǎn)足系統對(duì)數💜據處理(lǐ)的要求，且(qie)掉電模式(shi)可由外部(bù)中斷喚醒(xing)，适用車載(zǎi)信息系統(tong)。系統設計(ji)方🌂案圖如(ru)圖1所

1．2投入(rù)式液位計(jì)選型
　　其基(ji)于所測液(yè)體靜壓與(yu)該液體的(de)高度成比(bi)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(lai)完成對液(ye)位的測量(liàng)。主要🤞技術(shu)參數如下(xia):量程1．3m，精🏒度(du)0．5%Fs，電壓🛀18～36VDC，輸出(chū)4～20mA。
其優點包(bao)括:①能實時(shi)測量罐内(nèi)各點液位(wei);②直流4～20mA标準(zhǔn)💛電流信号(hào)輸出;③密封(feng)性好，測量(liang)元件不與(yu)液肥直接(jie)接觸，避免(miǎn)了液肥對(dui)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(tu)2所示。圖2中(zhong)，爲了保證(zheng)液位傳感(gan)器能獲得(dé)24V的直流供(gòng)電，選用具(jù)有DC－DC單片控(kòng)制電路功(gong)能的MC34063芯片(piàn)，片✨内包含(hán)有溫度🐉補(bu)償帶隙基(jī)準源，能輸(shū)出1．5A的開關(guān)電源，且是(shì)使用最少(shao)的外接元(yuán)件構成的(de)升壓變換(huan)器、降壓變(biàn)換器和電(dian)源反向器(qì)［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(piàn)，與電感L、二(er)極管D3、三極(ji)管TIP122一起構(gou)成電源電(diàn)路。若TIP122導通(tong)時，+12V的輸入(ru)🐪電壓🌈經采(cǎi)樣限流電(diàn)阻R1、R2，流經電(dian)感L，随着電(diàn)感L電流增(zēng)加，其兩端(duan)進行儲存(cún)能量。此時(shí)，二極管D3是(shi)防止電容(rong)✌️C3對地放電(dian)㊙️，并由電容(róng)C3向負載供(gong)電;若TIP122斷開(kai)時，電感L及(ji)12V的輸入電(dian)壓對🌈電容(róng)C3充電的同(tóng)時電容C3對(dui)負載供電(diàn)，負載電壓(yā)穩定在+24V，穩(wen)✨壓的負反(fan)饋信号是(shì)電阻R7、R8的分(fen)壓輸入到(dao)MC36063的5腳。
2．2檢測(ce)電路設計(ji)
　　硬件部分(fèn)的核心爲(wei)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(yǐn)腳P1．1、P1．2、P1．3連接串(chuan)并轉換芯(xīn)片74HC595，就可實(shi)現對系統(tǒng)所有的顯(xiǎn)♻️示功能及(jí)顯示元件(jian)的控制。圖(tú)💋3中的74HC595芯片(pian)Q0～Q7共8位輸出(chu)控制8個發(fā)光二極🏃🏻‍♂️管(guǎn)，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(xian)♍示的罐内(nèi)液體容積(jī)值來記錄(lu)相關液位(wei)數據。其檢(jiǎn)📱測電路原(yuan)理❓圖如圖(tú)3所示。

3系統(tong)軟件設計(jì)
　　系統軟件(jian)是利用51系(xi)列單片機(jī)集成開發(fā)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(xi)統與監控(kong)程序一起(qǐ)管理執行(háng)。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(zǔ)🚶成。其中，系(xì)統主程序(xù)包括A/D轉換(huàn)子程序及(jí)顯示子程(cheng)序。系統初(chū)始化後進(jin)⛹🏻‍♀️入主循環(huan)，定時中斷(duan)處理程序(xù)是對74HC595的輸(shū)出進行控(kòng)制。系統主(zhǔ)程序流程(chéng)如圖4所示(shi)。

4數據測試(shì)及分析
4．1測(ce)試條件
　　爲(wei)驗證本設(she)計的可行(hang)性，基于所(suǒ)測液體靜(jing)壓與該液(yè)體的高度(du)成比例，再(zai)将靜壓轉(zhuǎn)換爲電壓(ya)的試驗原(yuan)理，搭建實(shí)際的電路(lù)。用現有的(de)播種機儲(chǔ)液罐作🏃‍♂️爲(wei)容器可容(róng)納👌近1000L的液(yè)體。其實際(jì)測量高度(dù)如圖5所示(shi)。因液肥與(yu)水密度相(xiang)近，所以用(yòng)水作爲測(ce)試對象，在(zai)正式用液(ye)肥時驗證(zhèng)誤差，算出(chū)修正系數(shù)，再寫入單(dān)片機中進(jìn)行🛀🏻校正。


　　首(shǒu)先将液位(wei)計正确安(an)裝于儲液(yè)罐底部，接(jie)通電源後(hou)利用串有(you)流量計的(de)電泵開始(shǐ)注水，注意(yì)觀察液位(wèi)的👅變化，待(dai)快到預先(xian)暫✍️定的水(shuǐ)容量處關(guān)閉電源㊙️。此(cǐ)時，用萬用(yong)表⭐讀取液(ye)位計處理(li)後的電壓(yā)值、記錄☎️表(biao)示高度顯(xiǎn)示的LED的燈(deng)/閃數及流(liú)量計顯示(shi)的實際注(zhù)水容量，再(zai)用米尺丈(zhàng)量⚽水的實(shí)際液位高(gāo)度。試驗👅結(jié)果如表1所(suǒ)♊示。
4．2數據分(fèn)析
　　觀察表(biǎo)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(shu)據進行一(yi)次曲線拟(ni)合，如圖6所(suo)示。

　　根據圖(tu)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(róng)量;y2爲液位(wèi)高度。
由此(ci)可見:電壓(yā)與容量及(jí)液位高度(dù)之間确實(shi)存在😍良好(hao)的線性相(xiang)關性，且從(cong)表1中也可(kě)以看出LED燈(deng)的亮、閃數(shù)随液位高(gāo)度而變化(huà)。　　因此，一旦(dan)配比好定(ding)量的液肥(fei)，在變量施(shī)肥機工作(zuo)時，可以根(gen)據LED燈來判(pan)斷其液位(wèi)高度，用數(shù)碼管來顯(xiǎn)示其👅容量(liang)。
分析對比(bǐ)表2的數據(jù)可知:液位(wei)高度誤差(chà)在允許範(fan)圍之内，拟(ni)合容量的(de)負數除了(le)與傳感器(qì)的安裝位(wèi)置及儲液(yè)罐的形狀(zhuang)有關以外(wài)，和換算容(rong)量的基點(dian)(零點)也相(xiàng)關。因此，可(ke)以重新選(xuǎn)📞一個容量(liang)和高度基(ji)點來解決(jue)。

5結論
　　以STC12C5412AD單(dan)片機爲核(hé)心的液肥(féi)檢測系統(tong)，可以動态(tài)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(shěng)了人力及(ji)物力，同時(shí)也提高了(le)檢測的效(xiao)率。該投🐇入(rù)式液位計(ji)體積小巧(qiao)、使用👈方便(biàn)、維護成本(ben)不高，優于(yu)其他如超(chao)聲波傳感(gan)器。試驗數(shù)據分析表(biǎo)明:該微壓(ya)傳感器性(xing)能指标能(néng)滿足較高(gao)精度要求(qiu)的測量，爲(wei)液肥播種(zhong)機的進一(yi)步智📐能化(huà)奠定了一(yī)定的實踐(jian)基礎，對其(qí)它的液位(wèi)測量也具(jù)有較好的(de)借鑒作用(yòng)。

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