0 引 言
现在国内在液位主动操控方面短少长时间牢靠的运用典范，还没有适用于液位丈量和主动操控的定型产品。因此，展开液位主动操控的研究作业十分必要。
体系为一个水位监测与操控设备，经过键盘能够设定瓶内液位（0～25cm内的恣意值），并经过操控电磁阀（或类似于电磁阀的设备）使瓶内的液位到达设定值，液位超越25cm或低于2cm时会宣布警报。显现器能实时显现当时液位状况和瓶内液体分量以及阀门状况。
1 体系功用概述及框图
本规划运用MCS-51 单片机结合数字芯片、模仿电路，完结对水位的检测和主动操控。
根本作业流程为：主机经过键盘设定自己和从机的液位，超声波传感器测出当时水位对应的电压值，再经过ICL7135 模数转化送入操控器与设定值比较，单片机经过操控电磁阀调理主机液位，并把设定值与当时值显现在LCD 上；主机操控器经过485 通讯对从机操控器传输设定值，从机操控器也能够如主机操控器相同对液位进行操控，并经过LCD 显现主机给定值与当时液位值；并运用485 通讯把从机当时液位传送给主机显现出来。
体系由单片机体系数据处理模块、A/D 数据输入模块、485 通讯模块、液位操控及报警模块及键盘和显现模块等几部分组成。体系总框图如图1 所示。
2 计划证明与比较
考虑体系的要求，在对器材的挑选过程中，侧重于对传感器和模数转化芯片的挑选。
2.1 传感器
体系规划过程中，主要对以下三种传感器进行了挑选比较。
计划一：压力传感器
图1 体系框图
现在的液位压力传感器大部分是投入式静压液位变送器，而投入式静压液位传感器只要参阅大气压才干进行精确丈量，可是衔接电缆中的通气会遭到环境的影响，形成气管内壁冷凝，结露。露珠滴到电子器材和传感器上，会影响精度或许输出漂移。一起，结露过快，变送器的运用寿命也会大大缩短。此压力传感器简单遭到环境的影响而形成丈量不精确，而且装置不方便。
计划二：压阻式压力传感器
压阻式传感器是用集成电路工艺直接在硅平膜片上按必定晶向制造分散压敏电阻；硅平膜片在细小变形时有杰出的弹性特性，当硅片受压后，膜片的变形使分散电阻的阻值发生改变；此变阻器简单受外部环境的影响，如温度，然后形成丈量不精确，而且体积一般比较大，不易装置、不易带着；一般其精确度也比较低。不能满意规划的需求，所以不挑选。
计划三：超声波传感器
超声波传感器是工业领域内第一款在产品上带有按键设定功用和自确诊功用的小型传感器。它尽管体积小，可是具有其它大型传感器所具有的功用，装置运用方便而且不受被测物体的色彩影响，有许多特设功用，如：具有自确诊LED 显现和按键设定功用、温度补偿功用、可挑选模仿量或开关量输出等；其供电电压为10～30V，丈量规模为30mm～300mm，输出电压0V～10V，输出电流为4mA～20mA，最小负载阻抗2.5 欧，精度可到达0.5mm，外形分为直线型和直角型。感应口径为18mm。
超声波传感器所具有的条件满意规划所需求0～25cm 的液位操控，以及液位差错不超越±0.3cm 的要求，而且处理了装置不方便的难题。所以本规划挑选了精度高，体型小的超声波传感器。
2.2 A/D 转化器
所选用的A/D 转化器的精度和功用直接影响后端单片机接纳数据的精度，在此咱们对以下两种AD 转化器进行比较剖析。
计划一：选用8 位ADC0809 A/D 转化器
ADC0809 是常用的8 位A/D 转化器，属逐次迫临型，ADC0809 由单一+5V 供电，片内含带有锁存功用的8 路模仿电子开关，可对0～+5V 8 路的模仿电压信号分时进行转化，完结一次转化约需100us，所以速度较快，可是ADC0809 芯片分辨率低，精度不行，不能满意本体系要求，不予选用。
计划二：选用4 位半双积分A/D 转化器ICL7135
ICL7135 是运用广泛的4 位半双积分A/D 转化器，动态BCD 码输出的积分型A/D 转化器。其特点是：精度高、极性主动转化输出、主动校零、单一电源作业、动态BCD 码输出。因为双积分办法的二次积分时间比较长，所以A/D 转化速度慢，一般为（3～10）次/s，此外，对周期改变的搅扰信号积分为零，抗搅扰功用也比较好。在平等精度的情况下，价格低于逐次迫临式A/D 转化器，因此在对速度要求不高的场合，更适宜选用这类A/D 转化器。
考虑体系的要求，本规划选用操控精度较高的ICL7135 A/D 转化器。
3 硬件电路及软件规划
本规划的硬件电路包含最小体系电路、液位操控及报警电路、ICL7135 信号收集传输电路、键盘和显现模块等。
3.1 最小体系（电源供电电路与I/O 扩展及选通电路）
本规划运用的最小体系板是以80C52 单片机为内核，而且具有杰出的扩展性。CPU 外接11.0592MHz 的晶振，主要由74LS373 锁存电路、74LS138 译码电路以及按键、显现器材、ICL7135 及其外围典型电路组成，并用8255 外扩了I/O 接口。最小体系电路如图2 所示。
图2 最小体系电路图
本电路需外接一个AC220/9V 的变压器，变压器的二次侧经过整流滤波后输入CW7805便可得到+5V 电压，此电压做最小体系的电源。
体系中经过8255外扩了PA、PB、PC共24个I/O口，以便作为体系的输入输出通道。用74LS138的输出作为各个芯片的译码挑选端，除最小体系中运用的Y0～Y3外，还有Y4～Y7可供其它扩展运用。
3.2 液位操控及报警电路
本规划的液位操控电路是一闭环电路，传感器把液位传给单片机与设定值比较，单片机经过对电磁阀的操控来操控液位。用9V 电源对继电器供电，运用了24V 电源对传感器供电，用220V 交流电对电磁阀供电；在报警电路中，运用9V 电源对蜂鸣器供电，当液位超越25cm或低于2cm 时宣布报警。在供水回路中，用电动机进行循环供水，确保程序的接连运转。
3.3 ICL7135 信号收集传输电路
本电路由一个小型集成电路来完成，采样后的信号经过电位器送到ICL7135 进行处理，将处理后信号直接送到单片机最小体系。ICL7135 量程为0～2V，基准电压由MC1403 输出（2.5V）分压取得1V 电压。
HC240 是八位缓冲线/线驱动器，内含八个具有三态输出反相缓冲器。三态输出的反相缓冲器，输出答应操控端（ENA、ENB），每一个EN 操控四个缓冲器，1A、2A 数据输入，1Y、2Y 输出。输出别离送出个、十、百、千、万位。
HC157 是四路二选一开关，1 为挑选输入端，S 为低电平时，挑选A 输出；S 为高电平时，挑选B 输出ICL7135 的BCD 码的位选通输出端D1-D5 别离接8 位可编程逻辑接口电路8255的PA0～PA3 和PB0～PB4。CPU 可读取各个位的状况并判别，然后在ICL7135 的B1～B8 输出端读取BCD 数据。ICL7135 信号收集传输电路如图3 所示。
图3 ICL7135 信号收集传输电路
3.5 软件规划
软件部分主要是运用51 系列单片机作操控器，传感器输出电压进行采样，将采样值与设定值比较，单片机对电磁阀操控来调理液位，主机经过485 通讯给分机设定数值，分机操控器对分机液位进行操控。软件部分包含ICL7135 采样部分、485 通讯部分、数字处理部分、显现部分、键盘部分等。为了防止在传感器移动形成丈量数据不精确，特别增加了调零功用，进一步提高了体系的精确性。主程序流程图如图4 所示。
图4 主程序流程图
4 试验成果及剖析
需求的测验设备有4 位1/2 高精度数字万用表、刻度尺、100M 双踪数字示波器。测验成果如表4-1 所示。
表4-1 测验数据
由以上数据咱们能够看出，体系的各个检测单元的测验数据精度很高、液晶显现值和丈量值与设定值十分挨近，与传感器输出电压成线性关系，与分量也成必定的比例关系，这与硬件的挑选及其参数的匹配以及软件操控算法的挑选是不可分割的。
5 规划总结
本规划在硬件上，运用S18UUA 超声波传感器，ICL7135 等高精度芯片和仪器进行液位丈量，使所丈量的液位精度远高于液位差错不超越±0.3cm 的要求。此外，本规划还运用了MAX485 通讯，OCM4X8C 液晶显现LCD 等芯片和元件，使规划更符合实际运用的要求，也相应的降低了软件规划的难度。在软件上，选用规范化的编程办法，有用的减少了程序所需求的存储空间。
