王冉 孟磊

摘 要：設(shè)計(jì)基于STC12單片機(jī)的多功能液體容器，系統(tǒng)利用稱(chēng)重模塊、超聲波和PH值傳感器計(jì)算出容器中液體的重量、液位高度和PH值，并通過(guò)oled顯示液位和重量等數(shù)據(jù)的顯示，通過(guò)超聲波傳感器模塊測(cè)量液位高度并計(jì)算出液體體積，再利用液體的重量和體積計(jì)算出液體比重值，最后通過(guò)液體比重值和PH值判斷液體成分。文章采用透射式光電傳感器實(shí)現(xiàn)分辨牛奶、通過(guò)導(dǎo)電性分辨鹽水等功能，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，多功能液體容器系統(tǒng)液位誤差小于1mm，重量誤差小于0.5g。

關(guān)鍵詞：多功能;傳感器;單片機(jī);數(shù)據(jù)顯示

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）21-81-03

Abstract： Multifunctional liquid container， system design based on STC12 single chip using weighing module， ultrasonic and PH sensor to calculate the container liquid， the liquid level height and the weight of the PH value， and through the oled display data such as liquid level， and weight， measuring liquid level height by ultrasonic sensor module and calculate the liquid volume， using the weight and volume of liquid to calculate the liquid density value， finally through the liquid weight value and the PH value judgment. In this paper， the transmission type photoelectric sensor is used to distinguish milk and brine through electric conductivity. According to the test results， the liquid level error of the multifunctional liquid container system is less than 1mm， and the weight error is less than 0.5g.

Keywords： Multifunction; The sensor; Single chip microcomputer; According to data

CLC NO.： TH122 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-81-03

前言

多功能液體容器包括電子稱(chēng)重、液位測(cè)量、密度計(jì)算、PH值測(cè)試，可以分辨液體的種類(lèi)，在化工領(lǐng)域有一定的應(yīng)用價(jià)值[1]，本文設(shè)計(jì)一種多功能液體容器，設(shè)計(jì)要求包括能夠自動(dòng)測(cè)量給定液體的重量及液位，并能夠判斷出給定液體的種類(lèi)（純凈水、白糖水、鹽水、牛奶以及白醋等）。

首先通過(guò)壓力傳感器采集到被測(cè)物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再次將該信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大，放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中[2]，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制OLED顯示，從而顯示出被測(cè)液體的重量、液位等信息。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按照設(shè)計(jì)的基本要求，本系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，主要完成稱(chēng)重模塊、超聲波測(cè)距模塊、激光對(duì)射模塊、OLED顯示模塊等相關(guān)模塊的設(shè)計(jì)及測(cè)試，其中稱(chēng)重模塊包括數(shù)據(jù)采集、信號(hào)放大及AD轉(zhuǎn)換。OLED顯示模塊包括液體重量、液位等的顯示。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主控模塊

本系統(tǒng)使用STC12C5A60S2單片機(jī)最小開(kāi)發(fā)系統(tǒng)作為主控，該系列單片機(jī)片內(nèi)具有大容量的FLASH程序存儲(chǔ)器[3]。

2.2 稱(chēng)重模塊

HX711輸入選擇開(kāi)關(guān)可任意選取通道A 或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連，通道A的可編程增益為128或64。電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器[4]。

2.3 US-015 超聲波測(cè)距模塊

本文采用US-015超聲波測(cè)距模塊其，可實(shí)現(xiàn) 2cm～4m 的非接觸測(cè)距功能[5]，US-015超聲波測(cè)距模塊在測(cè)距過(guò)程中需要在Trig/TX管腳輸入一個(gè)10μs以上的高電平，系統(tǒng)便可發(fā)出8個(gè)40KHz的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)[6]。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，通過(guò)Echo管腳輸出，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2.4 激光對(duì)射檢測(cè)模塊

本文采用的激光對(duì)射傳感器包括發(fā)送器，接收器和檢測(cè)電路，使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)[7]。因?yàn)榕Ｄ叹哂胁煌腹獾奶攸c(diǎn)，激光對(duì)射傳感器在檢測(cè)牛奶的時(shí)候無(wú)法接收到信號(hào)，而純凈水、白醋淡鹽水等是透明的，因此可以判斷出牛奶。

2.5 PH值檢測(cè)模塊

PH值檢測(cè)采用PH值傳感器，在該傳感器內(nèi)部的PH值放大器可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集檢測(cè)有標(biāo)準(zhǔn)PH電極的電路，在PH值為7的緩沖液中，產(chǎn)生一個(gè)1.75V的電壓，根據(jù)液體的PH值不同可判斷液體種類(lèi)[8]，白醋的PH值約是2.4，而鹽水與純凈水的pH值基本一致為7左右，因此可以判斷出白醋。

2.6 OLED顯示

顯示模塊采用0.96寸的OLED顯示屏，其接口定義為（1）GND電源地;（2）VCC 電源正（3～5.5V）;（3）SCL OLED的D0腳，在IIC通信中為時(shí)鐘管腳;（4）SDA OLED的D1腳，在IIC通信中為數(shù)據(jù)管腳[9]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求具有以下功能：按下啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行一次去皮處理后，整個(gè)系統(tǒng)即可自動(dòng)檢測(cè)出被測(cè)物體的液位、重量等參數(shù)，并進(jìn)行顯示，進(jìn)一步可判斷牛奶及白醋等，程序設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

顯示部分程序代碼如下：

void main（void）

{

char jian;

InitUART（）; //串行口初始化

GapValue = 386.0; //實(shí)際測(cè)得基準(zhǔn)值

OLED_Init（）;//初始化OLED

OLED_ShowCHinese（8，0，0）;//多

OLED_ShowCHinese（24，0，1）;//功

OLED_ShowCHinese（40，0，2）;//能

OLED_ShowCHinese（56，0，3）;//液

OLED_ShowCHinese（72，0，4）;//體

OLED_ShowCHinese（88，0，5）;//容

OLED_ShowCHinese（104，0，6）;//器

OLED_ShowCHinese（0，2，7）;//重

OLED_ShowCHinese（16，2，8）;//量

OLED_ShowCHinese（0，4，9）;//液

OLED_ShowCHinese（16，4，10）;//位

while（1）

{jian = KEY_SAN（）;

if（jian == 0）

Get_Maopi（）;

if（jian == 1）

GapValue+=0.5;

celiang = Get_Weight（）*100;

UartSendUlong（"GapValue："，（unsigned long）GapValue*10，" | "）;

}

}

4 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

線路連接正常，利用砝碼對(duì)電子秤進(jìn)行校準(zhǔn)，其測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示，進(jìn)而逐漸加入液體進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)試進(jìn)過(guò)反復(fù)測(cè)試及調(diào)整。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能（1）液體的重量絕對(duì)誤差的絕對(duì)值≤1g;（2）液位測(cè)量絕對(duì)誤差的絕對(duì)值≤2mm;（3）可區(qū)分牛奶及白醋的液體種類(lèi)。

5 總結(jié)與展望

本文通過(guò)設(shè)計(jì)多功能液體容器，實(shí)現(xiàn)了多種液體的重量、液位的測(cè)量以及液體種類(lèi)的區(qū)分。隨著人工智能、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域的有毒有害液體的檢測(cè)將逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)器代替人工，有效避免接觸有毒有害液體對(duì)人身造成的損害[10]，綜合多學(xué)科的研究探索科技創(chuàng)新產(chǎn)品的實(shí)用價(jià)值。

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