Yeni bir su seviyesi tespit sistemi türü
Fu Cunwei 1, Fei Meifen 1, Li Haz 1, Sun Ruizhen 2, Li Xuanzhi 2, Huang Xuming 2, Zhou Jinyi 2, Chen Guangle 2
(1. Zhejiang Bihuali Electronic Technology Co., Ltd., Tongxiang, Zhejiang 314500; 2. Qiushi Electronic Technology Association, School of Mechanical and Electrical Engineering, China Jiliang University, Hangzhou, Zhejiang 310000)
Temel olarak, sistem prensibinin basit tanımından, donanım ve yazılımın tasarımından ve tanıtımından, veri toplama ve işleme yöntemlerinden ve yenilik noktalarından yeni bir su seviyesi algılama sistemi sunar. Sistem, temassız ölçümü benimser ve temaslı su seviyesi algılama sisteminin ölçüm devresinin yavaş ölçüm hızı, düşük ölçüm hassasiyeti, su ile temas ve yüksek sıcaklıktaki sıvıları ölçerken oluşan hatalar gibi eksikliklerini iyileştirir.Yeni bir basınç sensörü kullanır. , Sensör suya dokunmadan su seviyesi ölçülebilir, bu da sistemin ömrünü uzatır. Hatayı azaltmak ve yüksek sıcaklıktaki sıvının sıvı seviyesini ölçerken sistemin ölçüm doğruluğunu iyileştirmek için sıcaklık telafisi işlevi eklenir. Sistem, temas sıcaklığı ölçümüne göre basit bir yapıya, daha düşük maliyetli, daha hızlı ve daha uzun hizmet ömrüne sahiptir ve sıvı seviyesi ölçüm doğruluğu için daha yüksek gereksinimlerin olduğu durumlar için uygundur.
Su seviyesi izleme; sıcaklık telafisi; basınç sensörü
Şu anda, su seviyesi tespit sistemleri yer altı, nehir yolları, rezervuarlar vb. Su seviyelerindeki değişiklikleri tespit etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır, böylece insanlar su seviyesi çok yüksek veya çok düşük olduğunda zamanında ayarlamalar yapabilirler. Su seviyesi algılama sistemi, bir temaslı ölçüm sistemine ve temassız bir ölçüm sistemine ayrılabilir.Temas su seviyesi algılama sisteminin algılama devresinin (sensör dahil) su altına yerleştirilmesi ve suyla temas etmesi gerekir, bu da sensörün ömrünü kısaltır ve çoğu Su seviye tespit sistemi bir sıcaklık kompanzasyon fonksiyonu içermez Ölçülecek suyun sıcaklığı hava ile değiştiğinde, sıcaklık değişimini azaltmak ve su basıncı üzerindeki etkiyi azaltmak için su seviyesi ölçüm sonuçları üzerinde belirli bir etkisi olacaktır. etkiler. Bu makale, HM1600B basınç sensörünü kullanan bir su seviyesi algılama sistemini ayrıntılı olarak açıklamaktadır. Bu sistem yukarıdaki kusurları tek tek çözer. Bu sistem, sıvı seviyesini ölçmek için suya hortum koyma ve borudaki hava basıncının değişimine göre sıvı seviyesindeki değişimi yansıtma yöntemini benimser.Su sıcaklığı değiştiğinde hortumdaki hava basıncı da değişecek ve sensör ölçülecek sıvıya doğrudan temas etmeyecektir. Sistemin hizmet ömrü iyileştirilir ve su seviyesi ölçümünün doğruluğunu artırmak için sıcaklık dengeleme işlevi eklenir. Tüm sistem basit bir yapıya ve büyük ölçekli popüler uygulamalar için uygun olan daha hızlı ölçüm hızına sahiptir.
1 Sistem tanıtımı
Bu sistem, ölçülecek sıvının sıcaklık verilerini toplamak ve sıcaklık telafisini gerçekleştirmek için STM32 tek çipli mikro bilgisayar, 2,8 inç TFTLCD ekran, HM1600B basınç sensörü ve yüksek hassasiyetli termokupl termometre kullanır. Sensör tarafından toplanan basınç sinyali, geçmiş su seviyesi değeri sorgulama ve su seviyesi değişim eğrisi çiziminin fonksiyonlarını gerçekleştirmek için bir sıvı seviyesi yükseklik değerine dönüştürülerek LCD ekrana iletilir ve işlenmek üzere üst bilgisayara gönderilir. Basınçlı su seviyesi tespit sisteminin genel blok şeması Şekil 1'de gösterilmektedir.
Ölçüm süreci: Bir hortumun bir ucunu basınç sensörüne bağlayın ve diğer ucunu su tankına koyun.Bu sırada, kaptaki sıvı seviyesi yükseldikçe veya azaldıkça borudaki hava basıncı değişecektir.Sensör hava basıncı verilerini toplar ve sıcaklığı ölçer. Kompanzasyon ve diğer işlemlerden sonra, doğrusal olarak düzenli voltaj sinyal çıkışına dönüştürülür.Voltaj sinyali, STM32 tek çipli mikrobilgisayarın 12 bitlik ADC'si tarafından toplanır ve toplanan sinyal daha fazla işlenir.Su seviyesi değeri LCD ekranda görüntülenir ve aynı zamanda işlenir. İyi veriler seri port üzerinden ana bilgisayara gönderilir ve su seviyesi değişiminin eğri şeması elde edilebilir ve geçmiş su seviyesi verileri sorgulanabilir. Sıcaklık kompanzasyonu zaten basınç sensörüne dahil edilmiştir, bu nedenle ayrıntılı olarak açıklanmayacaktır. Sistem yapısı Şekil 2'de, sistem prensibi ise Şekil 3'te gösterilmektedir.
2 sistem donanımı
2.1HM1600B sensör modülü
Sensör seçimi, sistem üretiminin temel bir parçasıdır. Şu anda, su seviyesini ölçmek için sıvı seviye sensörleri esas olarak şamandıralı su seviyesi sensörleri, su seviyesi izleme sensörleri, ultrasonik su seviyesi sensörleri, radar lazer su seviyesi sensörleri, basınçlı su seviye sensörleri vb. Bunların arasında basınç sensörü, ölçmek için basıncı akıma veya gerilime dönüştürebilir. Bu sistemde kullanılan sensör, nispeten yaygın bir uygulamaya ve küçük bir hacme sahip bir silikon piezorezistif sensördür. Eşit değerde 4 dirençten oluşan Wheatstone köprüsüdür.Basınç altındayken bir çift köprü kolunun direnç değeri artar, diğer çift azalır.Whatstone köprüsünün temel prensibine göre köprü çıkışı Gerilim, alınan basınçla orantılıdır ve köprünün basıncı, köprünün [1] çıkış gerilimi ölçülerek elde edilebilir. Bu sistem, Shenzhen Hengmin Sensing Technology Co., Ltd. tarafından üretilen HM1600B basınç sensörünü kullanır ve bu, geleneksel silikon piezorezistif sensörde daha da iyileştirilmiştir. Aşağıdakiler sensörün bazı parametreleridir:
Ölçüm aralığı: 0 ~ 7 kPa (G)
Güç kaynağı: 5 V DC
Çıkış: 0,5 ~ 4,5 V DC
Statik doğruluk: ±% 2,5 FSO (yani hata 17,5 mm su seviyesi)
Kapsamlı hata: ±% 5 FSO (0 ~ 70 arasındaki sıcaklık hatası dahil)
Bu sensör, tek kristal silikonun piezorezistif etkisi kullanılarak yapıldığından, hava basıncı direnç katsayısı sıcaklıkla değişir ve piezorezistif etki prensibi, sensör çıktısının [2] sıcaklık kaymasına neden olur. Bu nedenle sensör üzerinde sıcaklık kompanzasyonu yapılmalıdır. Sıcaklık telafisi kısmı bu sensöre dahil edilmiştir. Takarken, sadece sensörü doğrudan elektrik PCB ana kartına lehimlemeniz gerekir.Sensöre uygulanan voltajın çok büyük olmaması gerektiğini unutmayın, aksi takdirde sensör hasar görebilir. Bu basınç sensörünün voltaj eğrisi formül çıktısı aşağıdaki gibidir:
Bunlar arasında Vout, basınç sensörünün çıkış voltajı, Vin toplanan voltaj sinyali, Vin = 2,8 ~ 5,4 V DC'dir.
Sensör yapısı Şekil 4'te gösterilmektedir.
Hatayı azaltmak ve doğruluğu artırmak için sensör bir sıcaklık dengeleme parçası ekler Sıvının sıcaklığı bir termokupl termometre ile ölçülür ve elde edilen sıcaklık sinyali toplanır.Sıcaklık hesaplama ile telafi edilir, böylece ölçüm doğruluğu iyileştirilir. Sensör özellik yapılandırması Şekil 5'te gösterilmektedir.
2.2 MCU modülü
Bu sistem, 32 bit çekirdekli STM32F103RCT6 tek çipli mikrobilgisayar kullanır. Yerleşik bir mikro denetleyicidir. Güç sağlamak için 2 ~ 3.6 V voltaj kullanır. Çekirdek ARM Cortex-M3 kullanır. Maksimum çalışma frekansı 72 MHz, 1.25 Mips / MHz'dir ( CPU 1 MHz frekansta çalışıyorsa, saniyede 1,25 milyon komut yürütebilir), mikro denetleyici 3 düşük güç tüketimi modunu destekler: uyku modu, kapatma modu ve bekleme modu.
Bu deneyde, tek çipli mikro bilgisayardaki ADC modülü, toplanan analog sinyali (doğrusal olarak değişen voltaj değeri) mikroişlemci işleme için uygun bir dijital sinyale dönüştürmek için kullanılır ve daha sonra sistem, ölçülen sıvıyı dolaylı olarak elde etmek için belirli kurallara göre işler. Seviye değeri. Mikrodenetleyici, ardışık bir yaklaşım analogdan dijitale dönüştürücü olan 12 bitlik bir ADC kullanır. 18 kanal vardır ve kanalın A / D dönüşümünün tekli, sürekli, taramalı ve süreksiz olmak üzere 4 yürütme modu vardır. Sonuç, 16 bitlik veri kayıt defterinde sola dayalı veya sağa dayalı bir şekilde saklanacaktır.
2.3 LCD modülü
Bu sistem, ölçülecek sıvının sıvı seviyesi yüksekliğini görüntülemek için TFTLCD kullanır. TFTLCD, ince film alan etkili transistör LCD'dir ve ana bileşenleri arasında floresan tüpler, ışık kılavuz plakaları, polarizasyon plakaları, filtre plakaları, cam substratlar, hizalama filmleri, sıvı kristal malzemeler, ince film transistörler ve diğer parçalar bulunur. Her bir piksel düğümü nispeten bağımsızdır ve sürekli olarak kontrol edilebilir; bu, görüntü ekranının yanıt hızını artırırken görüntü renk ölçeğini doğru bir şekilde kontrol ederek görüntü efektini daha gerçekçi hale getirir.
2.4 Güç modülü
STM32 tek yongalı mikrobilgisayar için güç kaynağı voltajı genellikle 2 ile 3.6 V arasındadır ve çok büyük olamaz, aksi takdirde tek yongalı mikrobilgisayar kolayca zarar görebilir. Bu sistemde, tek çipli mikrobilgisayar doğrudan bilgisayarın USB arabiriminden ayrı bir güç kaynağı modülü olmadan çalıştırılır, bu da işlemi daha kolay hale getirir, sistem yapısı daha basittir ve bilgisayarın USB bağlantı noktası güç kaynağı nispeten kararlıdır ve tek çipli bilgisayarın yakılması kolay değildir. HM1600B sensörünün çalışma voltajı 5 V olduğundan, basınç sensörünün ve STM32 mikro denetleyicinin normal şekilde kullanılabilmesini sağlamak için 5 V güç kaynağı ayrı olarak kullanılmalıdır.
3 sistem yazılım tasarımı
Sistem yazılım tasarımı aşağıdaki parçaları içerir: her modül başlatılır; basınç sensörü hava basıncı verilerini toplar ve bunları voltaja dönüştürür; mikro denetleyici ADC, sensör voltaj verilerini alır; mikro denetleyici alınan verileri işler; LCD ekran.
3.1 Sistem çalışma süreci
Hortumun bir ucunu basınç sensörüne bağlayın ve diğer ucunu su tankına koyun.Hortumdaki hava basıncı kaptaki sıvı seviyesinin artması veya azalmasıyla değişir.Her modül başlatıldıktan sonra basınç sensörü hortumun içini hissedebilir. Hava basıncının değişmesi OUT portunda voltaj üretir ve tek çipli mikrobilgisayar, ADC aracılığıyla basınç sensörünün OUT portu tarafından üretilen voltajı alır. STM32F103RCT6'nın ADC modülü, 0 ~ 3,3 V seviyesini algılayabilir.ÇIKIŞ portu, mikrodenetleyicinin PA1 pinine bağlanır.Voltajı aldıktan sonra, voltaj değeri LCD ekranda ve dönüştürülen verilerde görüntülenmek üzere su seviyesi değerine dönüştürülür. İşlem için ana bilgisayara gönderin. Sistem program akışı Şekil 6'da gösterilmektedir.
Şekil 6 Sistem programı akış şeması
3.2 Ana bilgisayar tasarımı
Üst bilgisayar, QT yazılım programlaması ile yapılır. Ana bilgisayarda operatör, bağlantının seri port numarasını ve baud hızını tek çipli mikrobilgisayarın ihtiyaçlarına göre değiştirebilir. Dönüştürülen su seviyesi değeri "su seviyesinde" görüntülenebilir ve QT'nin kendi veritabanı geçmişi kontrol etmek için kullanılabilir. Su seviyesinin su seviyesi değerini sorgulayın ve operatörün su seviyesinin değişim eğilimini daha iyi anlaması ve incelemesi ve su seviyesi değişikliğinin neden olduğu sorunları derhal araştırması için uygun olan su seviyesindeki değişime göre zaman içinde su seviyesindeki değişimin bir grafiğini otomatik olarak çizin. Dikkat ve kararlılık. Ana bilgisayara ihtiyaç duyulduğunda bir alarm sistemi de eklenebilir.Su seviyesi belirli bir ayar değerini aştığında, eklenen uyarı ışığının açılıp kapanmasıyla su seviyesinin standart gereksinimleri karşılayıp karşılamadığına karar verilebilir.
4 Veri toplama ve işleme
Sensör, tek çipli mikrobilgisayara doğrusal bir voltaj sinyali verdiğinde (voltaj sinyali, sensörün OUT bağlantı noktasından çıkar), tek çipli mikrobilgisayarın ADC modülü voltaj sinyalini toplar ve ADC modülü, toplanan analog sinyali (doğrusal olarak değişen voltaj değeri) uygun bir mikro bilgisayara dönüştürür. İşlemci tarafından işlenen dijital sinyal, OUT portu tek çipli mikrobilgisayarın PA1 pinine bağlanır ve dönüştürülen veriler tek çipli mikrobilgisayar tarafından işlenir ve toplanan voltaj sinyali ölçülecek sıvı seviyesinin yüksekliğine dönüştürülür ve LCD ekrana çıkarılır. Ve işlem için gelen ana bilgisayar.
Gerilim sinyalini sıvı seviyesi yüksekliğine dönüştürme formülü aşağıdaki gibidir:
Bunlar arasında, h sıvı seviyesinin yüksekliğidir, Vin toplanan voltaj sinyalidir ve Vin = 2.8 5.4 V DC'dir.
Gerçek ölçümden, sensör içindeki sıcaklık kompanzasyonuna rağmen, sıcaklık değişiminin ölçülen değerin doğruluğu üzerinde hala belirli bir etkisi olduğu görülmektedir.Bu nedenle, su seviyesi ölçüldüğünde ortam sıcaklığının sınırlandırılması gerekir.Farklı ortamlarda ölçüm Sıvı seviyesi gösterge değerinin doğruluğunu sağlamak için o sırada gerekli sıcaklık değiştirilmelidir.
5. Sonuç
Bu makale yeni bir tür sıvı seviye tespit sistemini detaylı olarak tanıtmaktadır.Sistem, suya sokulan hortumdaki su seviyesi ile değişen hava basıncını ölçmek ve toplamak ve onu doğrusal olarak değişen bir voltaj sinyaline dönüştürmek için temassız ölçüm kullanır. Voltaj sinyali STM32 tek çipli mikrobilgisayarın ADC'si tarafından toplanır ve sıvı seviyesi değeri işlendikten sonra LCD'de ve üst bilgisayarda görüntülenir, bu da yavaş ölçüm hızı, düşük ölçüm doğruluğu ve temas ölçümünün kısa sensör ömrü sorunlarını çözer.Aynı zamanda sensör Sıcaklık telafisi, ölçüm sonucunu daha doğru hale getirmek için eklenir ve STM32 tek çipli mikrobilgisayarın güçlü kontrol işlevi ve iletişim arayüzü tam olarak kullanılır [3], bu da ölçüm sonucunun doğruluğunu büyük ölçüde artırır. HM1600B sensörünün mükemmel performansı, benzersiz tasarımı ve kullanımı kolay [4] olması sistemi daha uygulanabilir kılar. Sistem basit bir yapıya, yüksek ölçüm doğruluğuna, yüksek uygulama değerine ve büyük popülariteye ve gelecek vaat eden bir geliştirme olasılığına sahiptir.
Referanslar
1 Xie Shaowei, Liu Jilai MPX serisi basınç sensörüne dayalı akıllı su seviyesi gerçek zamanlı algılama sistemi J. Shaoxing University of Arts and Science: Natural Science Edition, 2007, 27 (10): 58-62.
2 Guo Fengyi, Li Bin, Ma Wenlong, vb. Derin Su Seviyesi Tespiti için Basınç Sensörünün Kompanzasyon Metodu Üzerine Araştırma J Alet Teknolojisi ve Sensörü, 2010 (6): 6-8.
[3] Ma Jun, Chen Jing Tek çipli mikrobilgisayar tabanlı su kulesi su seviyesi algılama ve kontrol sisteminin simülasyon tasarımı J Elektronik Tasarım Mühendisliği, 2009, 17 (4): 85-86.
4 Zhu Mian. MPX serisi X-tipi yanal piezo dirençli silikon basınç sensörü J. Alet Teknolojisi ve Sensörü, 1994 (1): 39-41.
AET üyeleri için yıl sonu avantajları!
