0引言
　　液位包括(kuo)液位信号器和(hé)連續液位測量(liang)兩種。液位信🔞号(hao)器是對幾個固(gu)定位置的液位(wèi)進行測量，用于(yú)液位的上、下限(xiàn)報警等;連續液(yè)位測量是對液(ye)位連續地進行(háng)測量，廣泛應用(yòng)于農田灌溉、定(ding)量施量、高爐沖(chong)渣水☂️位測量、環(huan)境監測等農業(yè)生産領域，具有(you)非常重要的👣意(yì)義。目前，對㊙️液位(wèi)測量的精度要(yao)求不😄僅愈來愈(yù)高，且♈需要測量(liang)儀能夠适應一(yi)些特殊環境，如(ru)高溫、高壓、強放(fang)射性及強腐蝕(shi)性等條件。液态(tai)肥🧑🏾‍🤝‍🧑🏼因其生産費(fèi)用低、肥效高、易(yì)吸收、節支增産(chan)效果顯著及施(shī)用過程中可以(yǐ)根據需要加入(ru)土壤所缺🌈少的(de)植物營養元🔱素(su)等優勢迅速得(de)到了廣泛應用(yòng)。而變量施肥作(zuo)爲農業的🍉重要(yào)部分，其技術基(jī)礎就是對液肥(fei)液位的準确控(kong)制。目前市場上(shàng)，液位控制系統(tǒng)大緻🏃🏻‍♂️可分爲以(yǐ)下兩種:
1)機械式(shi)控制系統。機械(xiè)式控制系統結(jie)構簡單、成本低(di)🔞廉;但這種控制(zhi)裝置故障多、誤(wu)動作多，且隻能(neng)單👣獨控🐕制，與計(jì)算機進行通🐕信(xin)較難實現。
2)交流(liu)調壓/變頻調速(su)控制系統。該系(xi)統是通過安裝(zhuang)在⁉️水泵出口管(guǎn)道上的壓力傳(chuan)感器，把出口壓(yā)力變成标準工(gong)業電☎️信号的模(mó)拟信号，經過前(qian)置放大、多🙇‍♀️路切(qiē)換、A/D變換成數字(zì)信号傳送到單(dān)片機，經單片機(ji)運算與給定量(liàng)的比較，進行PID運(yùn)算，得出調📱節參(can)量;經🌂由D/A變換給(gěi)調壓/變頻調速(sù)裝置輸入給定(ding)端，控制其☎️輸出(chū)電壓變化，來調(diao)節電機的轉速(su)，以達到控制水(shui)位的目的。
　　本文(wén)以液态施肥機(jī)爲依托，針對一(yī)定體積的液肥(fei)進行液✔️位試驗(yan)，通過以單片機(ji)和投入式液位(wei)計爲主要硬件(jiàn)資源設計硬件(jiàn)電路，畫出相應(ying)的軟件流程圖(tú)🔅進行測試。數據(jù)分析驗證表明(ming):該傳感器在液(yè)肥液位測量中(zhong)安裝維護方便(biàn)，能适應液肥這(zhe)種特殊環境，其(qi)容量和液位高(gāo)度的測量誤差(chà)也滿足實際要(yào)求。
1系統工作原(yuan)理及組成
　　微壓(ya)式液位計采用(yòng)的是壓力敏感(gan)元件實現力－電(diàn)轉換🆚。傳感器✊的(de)液位量程是0～1．3m，且(qiě)這段量程液位(wei)所對應的深度(du)🛀🏻約合壓力🈲相比(bi)其他要小很多(duo)，因而稱其爲“微(wei)壓式”。本系統是(shì)所選的正是微(wēi)壓式傳感器，它(ta)🙇🏻将液位信号轉(zhuǎn)換爲4～20mA标準電信(xin)号輸出。
　　若設所(suǒ)測液體密度爲(wèi)ρ，液位高度爲h，大(da)氣壓爲ρ0，重力✉️加(jia)速度💯爲g，則液體(tǐ)所受壓力p=ρgh+ρ0。這時(shi)，爲抵消大氣壓(yā)力變化所帶來(lái)的測量誤差，傳(chuán)感器變送器部(bu)分采用導氣電(diàn)纜将大🐅氣壓力(li)ρ0引入敏感元件(jiàn)的負壓腔，進而(ér)使p=ρgh。顯然，若已知(zhī)液體密度，通🈚過(guo)測取壓力p就可(kě)換算出相應的(de)液位高度。
1．1單片(piàn)機選型
　　該系統(tong)結構相對簡單(dan)、運行速度快，考(kao)慮到功能和成(chéng)本兼✍️顧，采用以(yi)擴展性51系列單(dān)片機STC12C5412AD爲核心控(kòng)制元件。該芯📧片(pian)具🔆有12kB用😍戶可自(zì)行安排的FLASH及FEPROM空(kong)間比例;在同樣(yàng)的工作頻率下(xia)，平均指令運算(suàn)速度是普通🍉8051的(de)8～12倍［4］，滿足系統對(duì)數據處理的要(yao)求，且掉電模式(shì)可由外部中斷(duàn)喚醒，适用車⛷️載(zai)信息系統。系統(tǒng)設計方💜案圖如(ru)圖1所

1．2投入式液(ye)位計選型
　　其基(ji)于所測液體靜(jing)壓與該液體的(de)高度成比例的(de)原理，再将靜壓(yā)轉換爲電信号(hào)，實現非電量到(dào)電量的變換，利(lì)用這一特性來(lái)完成對液位的(de)測量。主要🙇‍♀️技術(shu)參數如下:量程(cheng)1．3m，精度0．5%Fs，電壓18～36VDC，輸出(chū)4～20mA。
其優點包括:①能(neng)實時測量罐内(nèi)各點液位;②直流(liú)4～20mA标準🙇🏻電流信号(hao)輸出;③密封性好(hao)，測量元件不與(yu)液肥直接接觸(chu)，避免了液肥對(dui)元件的腐蝕。
2硬(ying)件電路設計
2．1電(dian)源電路設計
　　電(diàn)源電路圖如圖(tú)2所示。圖2中，爲了(le)保證液位傳感(gǎn)器能🔴獲得24V的直(zhi)流供電，選用具(ju)有DC－DC單片控制電(diàn)路功能的MC34063芯片(piàn)，片内包含有🎯溫(wen)度補償帶隙基(jī)準源，能輸出1．5A的(de)開關電源，且是(shi)使用最少的💃🏻外(wài)接元件構成的(de)升壓變換器、降(jiàng)壓變換💚器和電(diàn)源反向器［5］。

　　本系(xi)統電源電路采(cai)用具有升壓轉(zhuǎn)換作用的MC34063芯片(pian)，與電感L、二⭕極管(guan)D3、三極管TIP122一起構(gòu)成電源電路。若(ruò)TIP122導通時，+12V的🌈輸入(rù)🚶電壓經采樣限(xian)流電阻R1、R2，流經電(diàn)感L，随着電♻️感L電(diàn)流增加，其兩端(duān)進行儲存能量(liang)。此時，二極管D3是(shi)防止電容C3對地(di)放電🈲，并由電容(róng)🎯C3向負載供電;若(ruo)TIP122斷開時，電感L及(jí)12V的輸入電壓對(duì)電容C3充電的同(tóng)時電容C3對負載(zai)供電，負🛀載☂️電壓(ya)穩定在+24V，穩壓的(de)負反饋信号是(shì)電阻R7、R8的分壓輸(shu)入到MC36063的5腳。
2．2檢測(cè)電路設計
　　硬件(jian)部分的核心爲(wèi)STC12C5412AD，工作電壓由LM2576從(cóng)24V轉變爲5V來提供(gong)。同時，用MCU的3個輸(shu)出引腳P1．1、P1．2、P1．3連接串(chuàn)并轉換芯片74HC595，就(jiu)可實現對👅系統(tǒng)所有的顯示功(gōng)能及顯示元件(jiàn)的控制。圖3中的(de)74HC595芯片Q0～Q7共8位💜輸出(chu)控✨制8個發光二(èr)極管，每個二極(ji)管分爲閃🔞、亮2段(duàn)，共16段，通過燈的(de)閃亮和4個數碼(ma)管顯示的罐内(nèi)液體容積值來(lai)記錄相關液位(wei)數據。其檢測電(diàn)路原理圖如圖(tú)3所示。

3系統軟件(jian)設計
　　系統軟件(jian)是利用51系列單(dān)片機集成開發(fa)工具來進行👨‍❤️‍👨C語(yu)言設計，采用模(mó)塊化設計方式(shì)，由系統與監控(kong)程序🧑🏽‍🤝‍🧑🏻一起🏃🏻‍♂️管理(li)✌️執行🌂。系統軟件(jian)主要由主程序(xù)、初始化程序、定(dìng)時中🐅斷處理程(cheng)序組成。其中，系(xi)統主程序包括(kuo)A/D轉換子程序及(jí)顯示子程序。系(xì)統初🌈始化後進(jin)入主循環，定時(shí)中斷處理程序(xù)是對74HC595的✏️輸出進(jin)行控💃制。系統主(zhǔ)程♉序💰流程如圖(tú)4所示。

4數據測試(shì)及分析
4．1測試條(tiao)件
　　爲驗證本設(she)計的可行性，基(ji)于所測液體靜(jing)壓與該🍓液體的(de)高度成比例，再(zài)将靜壓轉換爲(wei)電壓的試驗原(yuan)理🤩，搭建實際的(de)電路。用現有的(de)播種機儲液罐(guàn)作💞爲容器可容(róng)納😍近1000L的液🏃‍♂️體。其(qi)實際測量高度(dù)如圖5所示。因液(ye)肥與水密度👨‍❤️‍👨相(xiang)近，所以用水作(zuò)爲測試對象📞，在(zài)正式用液肥時(shi)驗證誤差，算出(chu)修正✉️系數，再寫(xie)入單片機中進(jin)🌈行🌈校正。


　　首先将(jiāng)液位計正确安(ān)裝于儲液罐底(di)部，接通電源後(hòu)利用串㊙️有流量(liang)計的電泵開始(shi)注水，注意觀察(chá)液位的變化🏃‍♂️，待(dai)快到預先暫定(dìng)的水容量處關(guan)閉電源。此時，用(yong)萬用表📱讀取液(ye)位計處理後的(de)電壓值、記錄表(biao)示高度🔞顯示的(de)LED的燈/閃數及流(liú)量計顯示的實(shí)際💯注水容量，再(zai)用米尺丈量水(shuǐ)的實際液位高(gao)度。試驗🎯結果如(ru)表1所示。
4．2數據分(fèn)析
　　觀察表1的數(shù)據之間存在某(mou)種線性關系，用(yong)Mat-Lab對表1的壓力與(yu)容❄️量及液位高(gao)度數據進行一(yī)次曲線拟合，如(ru)圖6所示。

　　根據圖(tú)6的拟合曲線，可(kě)得到對應的回(huí)歸方程爲
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其中(zhong)，x代表電壓;y1爲容(róng)量;y2爲液位高度(du)。
由此可見:電壓(ya)與容量及液位(wèi)高度之間确實(shí)存在良好的線(xiàn)性相關性，且從(cong)表1中也可以看(kàn)出LED燈的亮、閃數(shù)随液💛位高度而(ér)變化。　　因此，一旦(dàn)配比好定量的(de)液肥，在⛷️變量施(shi)肥機工作時，可(kě)以根據LED燈來判(pàn)斷其液位高度(dù)，用數碼管來顯(xiǎn)示其容量。
分析(xi)對比表2的數據(ju)可知:液位高度(du)誤差在允許範(fan)圍之内，拟💃🏻合容(rong)量的負數除了(le)與傳感器的安(an)裝位置及儲液(ye)罐的形狀有關(guān)以外，和換算容(rong)量的基點❓(零點(dian))也🔆相關。因此，可(kě)以重新選一個(ge)容量和高度基(jī)點來解決。

5結論(lùn)
　　以STC12C5412AD單片機爲核(he)心的液肥檢測(ce)系統，可以動态(tài)地顯示液位💜及(ji)容量的變化，實(shí)用性較強，且成(cheng)本低廉。在随機(ji)的測量試驗中(zhōng)，節省了人力及(ji)物力，同時也提(ti)高了檢測的效(xiao)率。該投入式液(ye)位計體積小巧(qiao)、使用方便、維護(hù)成本不高，優于(yú)其他如超聲波(bō)傳感器。試驗數(shu)據分析🈲表明:該(gai)微壓傳感器性(xìng)能指标能滿足(zú)較高精度要求(qiu)的測量，爲液肥(féi)播種機的進一(yī)步智能化奠定(ding)㊙️了一定的實踐(jiàn)基礎，對其它的(de)液位測量也💋具(jù)有較好的借鑒(jian)作用。

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