胡江平

(湖北工程職業(yè)學(xué)院，湖北 黃石 435003)

液位是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中最基本和最常見的參數(shù)之一,尤其在飲料、發(fā)酵、溶液過(guò)濾等產(chǎn)業(yè)中,液位必須要實(shí)現(xiàn)精確控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，因此，如果能測(cè)出超聲波在空氣中傳播時(shí)間，就能算出其傳播的距離。超聲波測(cè)距就是通過(guò)測(cè)定超聲波傳播的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)出聲波傳送的距離。

超聲波液位測(cè)控裝置就是利用超聲波精確測(cè)距, 經(jīng)超聲波傳感器將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng), 由控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥開度來(lái)實(shí)現(xiàn)液位控制的裝置。

1 原液位控制裝置的結(jié)構(gòu)和原理

原鍋爐儲(chǔ)水罐液位系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)，如圖1 所示：

圖1 原液位控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖

其工作原理是在鍋爐儲(chǔ)水罐上設(shè)置型號(hào)為UQK-61 的水位控制儀，將水位控制儀安裝在儲(chǔ)水罐的最高溢水口位置，水位控制儀的輸出連接聲光報(bào)警器并將聲光報(bào)警器設(shè)置在值班處。其具有減少水資源浪費(fèi)、節(jié)約生產(chǎn)成本的功效。但該裝置的缺陷在于，不能精確控制水位。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)了一種安全可靠、精確度高的超聲波液位控制系統(tǒng)。

2 新型超聲波液位控制系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)和原理

如圖2 所示，新型儲(chǔ)水罐液位控制系統(tǒng)，包括超聲波收發(fā)模塊、AT8 9 S51 單片機(jī)、顯示液位值的顯示模塊以及進(jìn)水閥門，所述超聲波收發(fā)模塊置于所述容器之上，所述超聲波收發(fā)模塊與所述單片機(jī)電性連接，所述單片機(jī)輸出端分別與顯示模塊以及進(jìn)水閥門連接。本實(shí)用新型還包括出水閥門，單片機(jī)輸出端與該出水閥門連接。所述顯示模塊包括當(dāng)前液位顯示模塊與設(shè)定液位顯示模塊。優(yōu)選地，所述進(jìn)、出水閥門為電磁閥。優(yōu)選地，所述超聲波收發(fā)模塊包括超聲波發(fā)射器和超聲波接收器。

圖2 新型液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

此外，新型儲(chǔ)水罐液位控制系統(tǒng)還包括紅外遠(yuǎn)程控制模塊，所述紅外遠(yuǎn)程控制模塊的信號(hào)輸出端與所述單片機(jī)的輸入端連接。所述紅外遠(yuǎn)程控制模塊上設(shè)有用于控制液位升高或降低的按鍵。

新型超聲波液位測(cè)控系統(tǒng)控制原理為：液位控制系統(tǒng)的控制目的是容器內(nèi)液位保持恒定，假如管道中的壓力是恒定的，管道閥門的開度對(duì)應(yīng)一定的液體流量，這時(shí)為了保持液位恒定，只須測(cè)量當(dāng)前液位，并與液位設(shè)定值進(jìn)行比較，利用二者的偏差以PID控制規(guī)律控制管道閥門的開度。系統(tǒng)比對(duì)設(shè)定的液位值和當(dāng)前的值，如果實(shí)際液位不等于設(shè)定液位則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制進(jìn)水、出水閥門調(diào)節(jié)液位，直至相差不大于1cm時(shí)關(guān)閉閥門。紅外遠(yuǎn)程控制模塊上控制液位升高或降低的按鍵用于直接控制進(jìn)水閥門和出水閥門的開關(guān)。

在本設(shè)計(jì)中，超聲波模塊距離.儲(chǔ)水罐底部距離為120cm,液位最大高度設(shè)置為100cm，故液位達(dá)到最高時(shí)，液位距離超聲波模塊有20cm距離。系統(tǒng)在0～100cm范圍可自由調(diào)整液位高度，并實(shí)時(shí)在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前液位高度。

本設(shè)計(jì)的控制步驟為：根據(jù)實(shí)際需要，在單片機(jī)中設(shè)定液位值，超聲波收發(fā)模塊掃描得到的當(dāng)前液位值與設(shè)定液位值做比較，若高于設(shè)定值，則由單片機(jī)向出水閥發(fā)出打開指令，直至相差不大于1cm時(shí)關(guān)閉閥門，此時(shí)，紅外遠(yuǎn)程控制模塊向單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，通過(guò)按鍵直接控制進(jìn)水閥門和出水閥門的開關(guān)，直到當(dāng)前液位值與設(shè)定液位值相同。相反，若低于設(shè)定值，則由單片機(jī)向進(jìn)水閥發(fā)出打開指令，直至液位差相差不大于1cm時(shí)關(guān)閉閥門，此時(shí)，紅外遠(yuǎn)程控制模塊向單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，通過(guò)按鍵直接控制進(jìn)水閥門和出水閥門的開關(guān)，直到當(dāng)前液位值與設(shè)定液位值相同。

3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)方案較現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、測(cè)量精度高；②通過(guò)超聲波非接觸測(cè)量，液體的物理化學(xué)性質(zhì)的適應(yīng)性極強(qiáng)，安全可靠，適用性廣。

[1]程玉凱,陸倩. 基于超聲波測(cè)距的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].可編程控制器與工廠自動(dòng)化，2011，(9).

[2]李新雨. 基于單片機(jī)的鍋爐液位控制裝置設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2011，(6).

[3]吳向前.基于ATmega16 單片機(jī)的超聲波液位儀的研制[J].聲學(xué)與電子工程，2011，(2).

[4]曹月真.基于51 單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子世界，2011，(10).

[5]魯可,張曉東,馬宏旭. 基于單片機(jī)的超聲波液位檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2014，(8).