0引言
　　液位(wèi)包括液位(wèi)信号器和(hé)連續液位(wèi)測量兩種(zhong)。液位信💚号(hào)器是對幾(jǐ)個固定位(wei)置的液位(wei)進行測量(liàng)，用于液位(wei)的上❓、下限(xiàn)報警等;連(lián)續液位測(cè)量是對液(yè)位連續地(dì)進行測量(liàng)，廣泛應用(yòng)于農田灌(guan)溉、定量施(shi)量、高爐沖(chòng)渣水位測(ce)量、環境監(jian)測等農業(ye)生産領域(yù)，具有非常(cháng)重要的意(yì)義。目前，對(duì)液位測量(liàng)的精度要(yao)求不僅愈(yù)來愈高，且(qie)需要測量(liàng)儀能夠适(shì)應一些特(te)殊環境，如(ru)高溫、高壓(yā)、強放射性(xìng)及強腐蝕(shí)性等條件(jian)。液态肥因(yīn)其生産費(fei)用低☂️、肥效(xiao)高、易吸收(shōu)、節支增産(chǎn)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(yǎng)元素等優(you)勢迅速得(de)到了廣泛(fan)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(duì)❤️液肥液位(wei)的準确控(kòng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼制。目前🌈市(shi)場上，液位(wei)控制系統(tong)大緻可分(fèn)爲以下兩(liang)種:
1)機械式(shì)控制系統(tong)。機械式控(kòng)制系統結(jié)構簡單、成(chéng)本低廉;但(dàn)這🧑🏾‍🤝‍🧑🏼種控制(zhi)裝置故障(zhàng)多、誤動作(zuo)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(sù)控制系統(tǒng)。該系統是(shi)通過安裝(zhuang)在🥰水👄泵出(chu)口管道上(shàng)的壓力傳(chuán)感器，把出(chū)口壓力變(bian)🌍成标🥰準工(gōng)業電❓信号(hào)🤩的模拟信(xìn)号，經過前(qián)置放大、多(duo)路切換、A/D變(biàn)換成數字(zì)信号傳送(song)到單片機(ji)，經單片機(jī)運算與給(gěi)♻️定量的比(bǐ)較，進行PID運(yùn)算，得出調(diao)節參量;經(jīng)由D/A變換給(gei)調壓/變頻(pín)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(tǐ)積的液肥(fei)進行液位(wèi)試驗，通過(guo)以單片機(ji)和投入式(shì)液位計爲(wei)主要硬件(jian)資源設計(jì)硬件電路(lu)，畫出相應(yīng)的軟件⭐流(liu)程圖進行(háng)⭕測試。數據(ju)分析驗證(zhèng)表明:該傳(chuán)感器在液(ye)肥液位測(ce)量中安裝(zhuāng)維💃護方便(bian)，能适應液(ye)肥這種特(te)殊環境，其(qí)容㊙️量和液(yè)🌈位高度的(de)測量誤差(cha)也滿足🌈實(shí)際要求。
1系(xì)統工作原(yuan)理及組成(cheng)
　　微壓式液(yè)位計采用(yong)的是壓力(li)敏感元件(jian)實現力－電(dian)轉換。傳感(gǎn)器💜的液位(wei)量程是0～1．3m，且(qie)這段量程(cheng)液位所對(dui)應的深度(dù)♈約合壓力(li)💰相比其他(ta)要小很多(duō)，因而稱其(qí)爲“微壓式(shi)”。本系統是(shi)所選的正(zheng)是微壓式(shi)傳感器，它(ta)将液位信(xin)号轉換爲(wei)4～20mA标準電信(xin)号輸出。
　　若(ruò)設所測液(yè)體密度爲(wèi)ρ，液位高度(dù)爲h，大氣壓(ya)爲ρ0，重力加(jia)速🔆度爲❤️g，則(zé)液體所受(shou)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(wu)差，傳感器(qi)變送器部(bu)分采用導(dǎo)氣電纜将(jiang)大氣壓力(lì)ρ0引入敏感(gan)元件的負(fù)壓腔，進而(ér)使p=ρgh。顯然🚶，若(ruò)已知液體(ti)密度，通過(guò)測取壓力(li)p就可換算(suan)出相應的(de)🈲液位高度(du)。
1．1單片機選(xuǎn)型
　　該系統(tǒng)結構相對(duì)簡單、運行(háng)速度快，考(kǎo)慮到功能(neng)和㊙️成🚩本👅兼(jiān)💞顧㊙️，采用以(yǐ)擴展性51系(xì)列單片機(jī)STC12C5412AD爲核心控(kòng)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(bi)例;在同樣(yang)的工作頻(pin)率下☂️，平均(jun1)指令運算(suan)速度是普(pu)通8051的8～12倍［4］，滿(man)足🌍系統對(duì)數據處理(li)的要求，且(qiě)掉🔆電模式(shì)可由外部(bù)中斷喚醒(xǐng)，适用車載(zai)信息系統(tǒng)。系統設計(jì)方⭐案圖如(rú)圖1所

1．2投入(rù)式液位計(ji)選型
　　其基(ji)于所測液(yè)體靜壓與(yǔ)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(xiàn)非電量到(dao)電量💃的變(biàn)換，利用這(zhè)一特性來(lai)🚩完成對液(yè)位的測量(liàng)。主要🔴技術(shù)參數如下(xia):量程1．3m，精度(du)0．5%Fs，電壓18～36VDC，輸出(chu)4～20mA。
其優點包(bāo)括:①能實時(shi)測量罐内(nèi)各點液位(wèi);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(dian)源電路設(she)計
　　電源電(dian)路圖如圖(tú)2所示。圖2中(zhong)，爲了保證(zheng)液位傳感(gan)器能獲得(de)24V的直流供(gòng)電，選用具(ju)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(bǔ)償帶隙基(ji)準源，能輸(shū)出1．5A的開關(guān)電源，且🐕是(shì)使用最少(shǎo)的外接元(yuán)件構成的(de)升壓變換(huàn)器、降壓變(bian)換💔器和電(diàn)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(èr)極🌍管D3、三極(jí)管TIP122一起構(gou)成電源電(dian)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(diàn)感L，随着電(dian)感L電流增(zeng)加，其兩端(duan)進行儲存(cún)能量。此時(shi)，二極管D3是(shì)防止電容(róng)C3對地放電(diàn)，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(rong)C3充電的同(tóng)時電容C3對(duì)負載供電(diàn)，負載電壓(yā)穩定在+24V，穩(wěn)壓的負反(fan)饋信号是(shi)電阻R7、R8的分(fen)壓輸入🐆到(dào)MC36063的5腳。
2．2檢測(cè)電路設計(jì)
　　硬件部分(fèn)的核心爲(wei)STC12C5412AD，工作電壓(ya)由LM2576從24V轉變(biàn)爲5V來提供(gong)。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(shí)現對系統(tong)所有的顯(xiǎn)示功能及(ji)顯示元件(jiàn)的控制。圖(tu)3中的74HC595芯片(piàn)Q0～Q7共8位輸出(chu)控制8個發(fa)光二極管(guan)，每個二極(ji)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(nei)液體容積(ji)值來記錄(lù)相關液位(wèi)數據。其檢(jiǎn)㊙️測電路原(yuán)理圖如圖(tú)3所示。

3系統(tǒng)軟件設計(jì)
　　系統軟件(jiàn)是利用51系(xi)列單片機(jī)集成開發(fa)工具來進(jin)🚶行C語言💋設(shè)計，采用模(mó)塊化設計(jì)方式，由系(xì)統與監控(kong)程序☔一起(qǐ)管理執行(hang)。系統軟件(jian)主要由主(zhǔ)程序、初始(shǐ)✔️化程序、定(ding)時中斷處(chu)理程序組(zu)成。其中，系(xi)統主程序(xu)包括A/D轉換(huàn)子程序及(ji)顯示子程(chéng)序。系統初(chu)始化後進(jìn)入主循環(huan)，定時中斷(duan)處理程序(xù)是對74HC595的輸(shu)出進行控(kòng)制。系統主(zhǔ)程序流程(chéng)如圖4所示(shì)。

4數據測試(shi)及分析
4．1測(ce)試條件
　　爲(wèi)驗證本設(she)計的可行(háng)性，基于所(suo)測液體靜(jing)壓與該液(yè)體的高度(du)成比例，再(zai)将靜壓轉(zhuan)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(chu)液罐作爲(wèi)容器可容(rong)納近1000L的液(yè)體。其實際(ji)測量高度(du)如圖5所示(shi)。因液肥與(yu)水密度相(xiàng)近，所以🏃🏻‍♂️用(yong)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(shu)，再寫入單(dan)片機中進(jìn)行㊙️校正。


　　首(shou)先将液位(wèi)計正确安(ān)裝于儲液(yè)罐底部，接(jiē)通電源後(hòu)利用串有(yǒu)🏃‍♀️流量計的(de)電泵開始(shi)注水，注意(yì)觀察液位(wèi)的變化，待(dài)快🛀到預先(xiān)暫定的水(shui)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(ya)值、記錄表(biǎo)示高度顯(xian)示的LED的燈(deng)/閃數及👌流(liu)量計顯示(shì)的實際☂️注(zhù)水容量，再(zài)用米尺丈(zhàng)量水的實(shi)際液位高(gao)度。試驗結(jié)果如表1所(suo)示。
4．2數據分(fèn)析
　　觀察表(biao)1的數據之(zhi)間存在某(mǒu)種線性關(guan)系，用Mat-Lab對表(biǎo)1的💚壓力🌍與(yǔ)容量及液(ye)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(tú)6的拟合曲(qǔ)線，可得到(dao)對應的回(huí)歸方程爲(wèi)
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其中，x代表(biao)電壓;y1爲容(rong)量;y2爲液位(wèi)高度。
由此(cǐ)可見:電壓(ya)與容量及(jí)液位高度(du)之間确實(shi)存在良好(hǎo)的線🌍性相(xiang)關性，且從(cong)表1中也可(kě)以看出LED燈(dēng)的亮、閃數(shù)☎️随液位高(gao)度而變化(huà)。　　因此，一旦(dàn)配比好定(ding)量的液肥(fei)，在變量施(shī)⚽肥機工作(zuo)時，可🌈以根(gēn)據LED燈來判(pàn)斷其液位(wèi)高度，用數(shù)碼管來顯(xian)示其容量(liang)。
分析對比(bi)表2的數據(jù)可知:液位(wèi)高度誤差(cha)在允許範(fan)圍之内🍓，拟(ni)合🌂容量的(de)負數除了(le)與傳感器(qi)的安裝位(wei)置及儲液(yè)🌂罐的形狀(zhuàng)有關以外(wai)，和換算容(rong)量的基點(diǎn)(零點)也✂️相(xiàng)關。因此，可(kě)以✨重新選(xuan)一個容量(liàng)和高度基(jī)🔞點來解決(jue)。

5結論
　　以STC12C5412AD單(dān)片機爲核(he)心的液肥(féi)檢測系統(tǒng)，可以動态(tài)地顯示⛹🏻‍♀️液(ye)位及容量(liang)的變化，實(shi)用性較強(qiang)，且成本低(di)廉。在随機(ji)的測量試(shì)驗中，節省(shěng)了人力及(ji)物力，同時(shí)也提高了(le)檢測的效(xiào)率。該投🈲入(rù)式液位計(jì)體積小巧(qiao)、使用✍️方便(bian)、維護成本(běn)不高，優于(yú)其他🛀🏻如超(chao)聲波傳感(gǎn)器。試驗數(shù)據分析表(biao)明:該微壓(yā)♈傳感器性(xìng)能指标能(néng)滿足較高(gao)精度要求(qiu)的測量，爲(wèi)液肥播種(zhǒng)機的進一(yi)步智💛能化(huà)奠定了一(yi)定的實踐(jiàn)基礎，對其(qi)它的液位(wei)測量🌈也具(jù)有較好的(de)借鑒☀️作用(yòng)。

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