0引言
　　液位包(bao)括液位信号(hao)器和連續液(yè)位測量兩種(zhǒng)。液位🐉信号器(qi)是對幾個固(gu)定位置的液(ye)位進行測量(liàng)，用于液位☀️的(de)上、下限報警(jing)等;連續液位(wèi)測量是對液(yè)位連續地進(jìn)✂️行測量，廣泛(fàn)應用于農田(tián)灌溉、定量施(shi)量、高🈲爐沖渣(zhā)水位測量、環(huan)境監測等農(nóng)業生産領域(yù)，具有💔非常重(zhòng)要的意義。目(mù)前，對液位測(ce)量的精度要(yào)求不僅愈來(lái)愈高，且需要(yao)測量儀能夠(gòu)适應一些特(te)♈殊環境，如高(gāo)溫、高壓、強放(fàng)射性及強腐(fǔ)蝕性等條件(jian)。液态💯肥因其(qí)生産費用低(dī)🌐、肥效高、易吸(xī)收、節支增産(chǎn)效果顯著及(ji)施用過程中(zhōng)可以根據需(xu)要加入土壤(rang)所缺少的植(zhi)物營養元👨‍❤️‍👨素(sù)等優勢迅速(sù)得到了廣泛(fàn)應用。而變量(liang)施肥作爲農(nong)業的重要部(bù)分，其技術基(jī)礎就🌈是對液(ye)肥液位的準(zhǔn)确控制。目☔前(qian)市場上，液位(wei)控制系統大(da)緻可分爲以(yi)下兩種:
1)機械(xie)式控制系統(tong)。機械式控制(zhì)系統結構簡(jiǎn)單、成本低廉(lián);但這種控制(zhi)裝置故障多(duō)、誤動作多，且(qiě)隻能單獨控(kòng)制，與🈲計算機(jī)進行通信較(jiào)難實現。
2)交流(liú)調壓/變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。該系統是通(tōng)過安裝在水(shui)泵‼️出口管道(dào)上的壓力傳(chuán)感器，把出口(kou)壓力變成标(biāo)準工業電信(xìn)号的模拟信(xin)号，經過前置(zhi)放大、多路切(qiē)換、A/D變換成✌️數(shù)字信号傳送(sòng)🐇到單片機，經(jīng)單片機運算(suan)與給⛹🏻‍♀️定量的(de)比較，進行PID運(yùn)算，得出調節(jiē)參量;經🌈由D/A變(biàn)換給調壓/變(biàn)頻調速裝置(zhi)輸入給定端(duān)，控制其輸出(chū)電壓變化，來(lai)調節電機的(de)轉速，以達到(dao)控制水🚩位的(de)目的。
　　本文以(yǐ)液态施肥機(jī)爲依托，針對(dui)一定體積的(de)液肥進行🌍液(yè)♉位🛀🏻試驗，通過(guo)以單片機和(he)投入式液位(wei)計爲主要硬(ying)件資源設計(ji)硬件電路，畫(hua)出相應的軟(ruǎn)件流程圖進(jìn)行測試。數據(ju)分析驗證表(biǎo)明:該傳感器(qi)在液肥液位(wèi)測量中安裝(zhuang)維護方便，能(neng)适應液肥這(zhe)種特殊環境(jing)，其容量和液(yè)位高度🐇的測(cè)量誤差也滿(mǎn)足實際要求(qiú)。
1系統工作原(yuan)理及組成
　　微(wēi)壓式液位計(jì)采用的是壓(ya)力敏感元件(jiàn)實現力－電轉(zhuan)換。傳感器的(de)液位量程是(shi)0～1．3m，且這段量程(cheng)液位所對應(yīng)的⭕深度約合(hé)🎯壓力相比其(qí)他要小很多(duo)，因而稱其爲(wèi)“微壓式”。本系(xì)統是所選的(de)正是微壓式(shi)傳感器，它将(jiang)液位信号轉(zhuan)換爲4～20mA标準電(dian)信号輸出。
　　若(ruo)設所測液體(tǐ)密度爲ρ，液位(wei)高度爲h，大氣(qi)壓爲ρ0，重力加(jiā)速度👨‍❤️‍👨爲⭕g，則液(ye)體所受壓力(lì)p=ρgh+ρ0。這時，爲抵消(xiao)大氣壓力🏃變(bian)化所帶來的(de)測量誤差，傳(chuan)感器變送器(qi)部分采用導(dǎo)氣電纜将大(da)氣壓力ρ0引入(rù)敏感元件的(de)負壓腔，進🌏而(er)使p=ρgh。顯然，若已(yǐ)知液體密度(du)，通💃🏻過測取壓(yā)力p就可換🏃‍♀️算(suàn)出相應的液(yè)位高度。
1．1單片(pian)機選型
　　該系(xì)統結構相對(dui)簡單、運行速(sù)度快，考慮到(dao)功能和成本(ben)兼顧，采用以(yǐ)擴展性51系列(liè)單片機STC12C5412AD爲核(hé)心控制元件(jian)。該芯片具㊙️有(yǒu)12kB用戶可自行(hang)安排的FLASH及FEPROM空(kōng)間比例;在同(tóng)樣的工作頻(pín)率下，平均指(zhǐ)令運算速度(du)是普通8051的8～12倍(bei)［4］，滿足❄️系統對(duì)數據處理的(de)要求，且掉電(diàn)模式可由外(wai)部中斷喚醒(xǐng)，适用車載信(xin)息系統。系統(tong)設計方案圖(tu)如圖1所

1．2投入(ru)式液位計選(xuǎn)型
　　其基于所(suǒ)測液體靜壓(yā)與該液體的(de)高度成比例(li)的原理，再将(jiāng)靜壓轉換爲(wei)電信号，實現(xian)非電量到電(dian)量的變🐅換，利(li)用這一特性(xìng)來完成對液(ye)位的測量。主(zhu)要技術參數(shu)如下:量程1．3m，精(jing)度0．5%Fs，電壓18～36VDC，輸出(chu)4～20mA。
其優點包括(kuo):①能實時測量(liang)罐内各點液(ye)位;②直流4～20mA标準(zhǔn)電流信号輸(shu)❗出;③密封性好(hao)，測量元件不(bú)與液肥直接(jiē)接觸，避免🐆了(le)液肥對元件(jian)的腐蝕。
2硬件(jian)電路設計
2．1電(diàn)源電路設計(ji)
　　電源電路圖(tu)如圖2所示。圖(tú)2中，爲了保證(zhèng)液位傳感器(qì)🙇🏻能獲得24V的直(zhí)流供電，選用(yòng)具有DC－DC單片控(kong)制電路功能(néng)🔴的MC34063芯片，片🔞内(nèi)包🏃🏻含有溫度(du)補償帶隙基(ji)準源，能輸出(chū)1．5A的開關電源(yuan)，且是使用最(zui)少的♊外接元(yuán)件構成的升(shēng)壓變換器、降(jiàng)壓變換器和(he)電源反向器(qì)［5］。

　　本系統電源(yuán)電路采用具(jù)有升壓轉換(huàn)作用的MC34063芯片(pian)，與🔞電感L、二極(jí)管D3、三極管TIP122一(yi)起構成電源(yuan)電路。若TIP122導通(tong)時，+12V的輸入電(dian)壓經采樣限(xian)流電阻R1、R2，流經(jīng)電感L，随着電(diàn)感L電流增加(jia)，其兩端進行(hang)儲存能量。此(ci)時，二極管D3是(shì)防止電容C3對(duì)地放電，并由(yóu)電容C3向負載(zai)供電;若TIP122斷開(kai)時，電感L及12V的(de)😘輸入電壓對(duì)電容C3充電的(de)同時電容C3對(dui)負載供電，負(fu)載電壓穩定(ding)在+24V，穩壓的負(fu)反饋信号是(shi)電阻R7、R8的分壓(ya)輸入到MC36063的5腳(jiǎo)。
2．2檢測電路設(she)計
　　硬件部分(fèn)的核心爲STC12C5412AD，工(gōng)作電壓由LM2576從(cong)24V轉變爲5V來提(tí)供👄。同😄時，用MCU的(de)3個輸出引腳(jiao)P1．1、P1．2、P1．3連接串并轉(zhuan)換芯片74HC595，就可(ke)實🈲現對🐕系統(tong)所有的顯示(shì)功能及顯示(shi)元件的控制(zhi)。圖3中的74HC595芯片(pian)Q0～Q7共8位輸出控(kòng)制8個發光二(èr)極管，每個二(èr)極管分爲閃(shan)、亮2段，共16段，通(tong)過燈的閃亮(liang)和4個✌️數碼管(guǎn)顯示的罐内(nei)液體容積值(zhí)來記錄相關(guan)液位數據。其(qi)檢測電路原(yuán)理圖如圖3所(suǒ)示。

3系統軟件(jian)設計
　　系統軟(ruǎn)件是利用51系(xi)列單片機集(jí)成開發工具(ju)來進行C語言(yán)設計，采用模(mo)塊化設計方(fāng)式，由系統與(yu)監控🏃‍♀️程序一(yī)起管理執行(háng)⁉️。系統軟件主(zhu)要由主程序(xu)、初始👄化程序(xu)、定時中斷處(chù)理程序組成(cheng)。其中，系統主(zhu)程序包括A/D轉(zhuan)換子程序及(ji)顯示子程🍓序(xù)。系統初始化(hua)後進🌈入主循(xún)環，定時中斷(duan)處理程序是(shì)對74HC595的🥵輸出進(jìn)行控💔制。系統(tǒng)主程序❗流程(cheng)如圖4所示。

4數(shù)據測試及分(fèn)析
4．1測試條件(jiàn)
　　爲驗證本設(shè)計的可行性(xing)，基于所測液(yè)體靜壓與該(gāi)液體的高🌈度(du)成比例，再将(jiāng)靜壓轉換爲(wèi)電壓的試驗(yan)原理，搭建實(shi)際的電路。用(yòng)🌈現有的播種(zhǒng)機儲液罐作(zuo)爲容器🈲可容(róng)納近1000L的液🍉體(ti)。其實🤞際測量(liàng)高度如圖5所(suǒ)🏃示。因液肥與(yu)水密度相近(jin)，所以用水作(zuò)爲測試對象(xiàng)，在正式用液(ye)肥時驗證誤(wù)差，算出修正(zheng)㊙️系數，再寫入(ru)單片機中進(jìn)行校正。


　　首先(xiān)将液位計正(zheng)确安裝于儲(chǔ)液罐底部，接(jie)通電源後利(li)🏃🏻‍♂️用串💚有流量(liang)計的電泵開(kai)始注水，注意(yi)觀察液位的(de)變化，待快✨到(dao)預先暫⛱️定的(de)水容量處關(guān)閉電源。此時(shi)，用萬用表讀(du)取液位計處(chù)理後的🏃🏻‍♂️電壓(yā)值、記錄表示(shì)高度顯示的(de)LED的🔆燈/閃數及(jí)流量計顯示(shi)的實際注水(shuǐ)容量，再用米(mǐ)尺丈量水的(de)實際液位高(gao)度。試驗結果(guǒ)如表1所🌈示。
4．2數(shù)據分析
　　觀察(cha)表1的數據之(zhi)間存在某種(zhong)線性關系，用(yong)Mat-Lab對表1的壓力(li)與❄️容量🆚及液(ye)位高度數據(jù)進行一次曲(qǔ)線拟合，如圖(tu)❓6所示。

　　根據圖(tú)6的拟合曲線(xiàn)，可得到對應(yīng)的回歸方程(cheng)爲
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其中，x代表(biao)電壓;y1爲容量(liang);y2爲液位高度(du)。
由此可見:電(diàn)壓與容量及(ji)液位高度之(zhi)間确實存在(zài)良好的線性(xìng)相關性，且從(cong)表1中也可以(yǐ)看出LED燈的亮(liàng)、閃數随液位(wèi)高度而變化(huà)。　　因此，一旦配(pèi)比好定量的(de)👄液肥，在變量(liàng)施肥機工❤️作(zuò)時，可以根據(jù)LED燈來判斷其(qí)液位高度，用(yòng)數碼管來顯(xian)示其容量。
分(fen)析對比表2的(de)數據可知:液(yè)位高度誤差(cha)在允許範圍(wei)之内❄️，拟👉合容(rong)量的負數除(chu)了與傳感器(qi)的安裝位🏃🏻置(zhì)及🔴儲液罐的(de)📱形狀有關以(yi)外，和換算容(róng)量的基點(零(líng)點)也相關。因(yīn)㊙️此，可以重新(xin)選一個容量(liang)和高度基🤞點(dian)來解決。

5結論(lun)
　　以STC12C5412AD單片機爲(wei)核心的液肥(féi)檢測系統，可(ke)以動态地顯(xian)示液位及容(rong)量的變化，實(shi)用性較強，且(qiě)成本低廉。在(zài)随機的測量(liàng)試驗中，節省(shěng)了人力及物(wù)力，同時也提(tí)高了檢測的(de)效率。該投入(rù)式液位計體(ti)積小巧、使用(yòng)❄️方便、維護成(chéng)本不高，優于(yú)其他🔴如超聲(shēng)波傳感器。試(shì)驗數據分析(xi)表明:該微壓(yā)傳感器性能(néng)❓指标能滿足(zu)🌈較高精度要(yao)求的測量，爲(wèi)液肥播種機(ji)的進一💞步智(zhi)能化奠定了(le)一定的實踐(jian)基礎，對其它(ta)的液位測量(liàng)也具有較好(hǎo)的借鑒作用(yong)。

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