传感器原理及应用 期末作业

天水师范学院物理与信息科学学院

传感器原理及应用期末综合作业

班级:11电子信息科学与技术(一)班

姓名学号：冯旭彪 20111060106

：何得中 20111060108

：刘晓燕 20111060116

水位探测传感器在自动上水系统中的应用

班级：11级电信（1）班姓名：冯旭彪何得中刘晓燕

一、应用背景。

现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统正发挥着越来越大的作用。检测设备就像神经和感官，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。

现代的水塔水位自动控制系统应包括一切以计算机（单片机、PC机、工控机、系统机）为信息处理核心的检测设备。因此，水塔水位自动控制系统包括了信息获取、信息传送、信息处理和信息输出等多个硬、软件环节。从某种程度上来说，水塔水位自动控制系统的发展水平表现了一个国家的科技和设计水平。

水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。

水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本论文采用单片机进行主控制，在水池上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单片微机对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。

在实际生活中，有些水泵与水塔（或蓄水池、水位）距离较远，要实现自动供水，铺设电缆成本过高或不符合实际，传输信号线较远距离时，信号失真或达不到要求，而且在工程现场，时间较长，信号线损坏率比较大，而无线电传输成本过高和信号容易受障碍物干扰，天气恶劣的情况下，无线电信号受空气中电

离子的影响更加容易损坏或彻底中断信号.给人们的生活带来了诸多不便。因此，为解决此问题我们故提出水塔自动上水系统。全自动上水系统不需要人为的参与，一切自动完成；水塔内无水了自动抽水，水满了自动停；井（水源）内无水智能识别，不会因干抽而烧坏水泵；可外接“启动/停止”按钮，任意时刻可人为启动或停止水泵；采用51单片机作为中央处理器，所以性能稳定，工作可靠；井（水源）内水量智能检测。如果启动出现水源无水，“无水指示”亮，等待一定的时间后再次自动抽水；全自动控制，智能识别；为人们的生活带来了诸多的方便。

而在此系统中，我选用的传感器便是即便宜又高效的水位探测传感器。二、水位探测线的制作与安装

水位探测线这里采用一根三芯护套线，一端接控制器的水位输入端，另一端需要制作时处理，具体为：低水位线与地线可以相距较短的地方剪断，地线最下面，低水位线其次，高水位线最上面，线剪好后，剥去一小段皮，露出的导线进行上锡，具体做好后的信号线见下图：

高水位线的处理方法：将护套线中间剪开一个口子，把高水位线挖出，然后长出的部分剪掉，再把信号线剥出铜线后再上锡，详见下图：

具体几根信号线间的距离制作者可自由掌握。而这三根金属棒就构成了一个简单的水位探测传感器，这个传感器成本低，并效率高。

二、水位探测传感器在自动上水系统的实现原理。

我们可以设置水位的上下限，在正常情况下，应保持水位在上下限之间。为此，在水塔内的不同高度安装3根金属棒，一感知水位的变化情况。其中，A 棒处于下限水位，B棒处于上线水位，G浮球在上下水位之间，他可以在水面浮动。

水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动，以达到水位控制的目的。供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用，G棒连通+5V。因此，A，B两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不在给水塔供水。

当水位降到下限时，A,B棒都不能与G棒导电，因此A,B两端均为0状态。这时应启动，带动水泵工作，给水塔供水。

当水位处于上下限之间时，G棒与A导通，因此B棒不能与G棒导通，A 段为1状态，B端为0状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔供水，水位在不断上升，或者是电机没有工作，用水使水位不断下降，都应继续维持原有的工作状态。

为了满足本次设计的要求，我们还要显示上下限水位之间的几个数值，其电路的接法和A棒和B棒一样，都是接一个电阻然后接地，然后端口接到单片机上，同过单片机和显示器连接，以显示不同的水位值。

自动上水系统实物图：

三、自己对该系统（传感器）的看法，及改进思路。

系统存在的缺陷：

该测量方法最大的弊端就是其电流的大小受水质的影响，也就是说该方法仅限于测量水质稳定的水位。比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。

改进办法：

该传感器的每一个金属探头上都引出导线到相应放大电路（可用运算放大器自制、或者将单片机的输入脚置高阻，但是抗干扰能力大大下降），由于掺有杂质的水是导电的（世界上没有绝对纯净的水，所以水一般都是导电的）当放大电路检测到某个金属片与正极有漏电（有电流流过某个金属片）时，把该信号经放大给单片机，然后单片机进行处理，从而进一步提高此系统的工作效率，使之更加稳定。