基于51单片机的电容式液位传感器

基于51单片机的电容式液位传感器

摘要：本文设计了一种基于51单片机的电容式液位传感器，主要由单片机系统、555 定时器、LCD1602组成。单片机作为控制部分，接收 555 定时器方波信号并

读取其频率，将该频率转换成液位高度，显示到 LCD1602 液晶显示屏上。在计算

液位高度前，采用限幅滤波算法对所测频率进行滤波处理，减小了电容与频率转

换的误差，提高了传感器的精度，并且系统的成本较低。

关键词：液位传感器；555 定时器；频率测量；软件滤波

引言

液位准确检测一直以来是传感检测技术方面的研究热点，同时也是控制领域

的一项关键技术。通常进行液位测量的方法分为直接法和间接法。随着工业自动

化规模的不断扩大，因直接液位测量法原始、精度低等逐渐被间接测量方法取代。本文设计的液位传感器，在充分考虑具体工程应用背景的基础，对传统电容传感

器进行了改进，提出了基于51单片机的电容式传感器的油位检测系统，并采用

限幅滤波算法，减小了电容与频率转换的误差。

一、电容液位检测的原理

电容式液位传感器是利用被测介质液位高度的变化引起电容变化的原理，将

被测液位高度的变化转化为电容值，利用555定时器产生振荡，只要检测出了

555定时器的频率信号就可以得到电容值，进而检测出液位的高度H。工作原理

如图1所示。其电容值的计算公式如下：

图1

二、系统硬件设计

系统的总体硬件框图如图2所示

图2

2.1多谐振荡电路

由555定时器构成的多谐振荡器是测量的方波信号源，其具体电路如图3所示。其可以为电容检测电路提供电压幅值为5V、频率为500KHZ的方波信号源。

图3

2.2单片机和显示电路

选用AT89C51单片机，即满足精度和实时性的要求，又符合低成本要求。采

用LCD1602作为显示屏，具有清晰度高、方案成熟、应用广泛等优点。

三、软件设计

系统软件主要包括转换程序及LCD1602显示子程序、限幅滤波程序。

3.1LCD1602显示子程序

图4 LCD液晶显示程序

3.2主程序

图5 主程序

四、结论

本文结合实际行业的要求，设计了基于单片机的液位测量系统。本文主要研究了电容液位检测的基本原理及液位的计算方法，构建了电容检测电路、方波信号源产生电路及LCD1602显示电路并对转换进行了相应的软件编程。实验表明：该系统能够精确地进行液位的测量。

参考文献:

[1] 伍艮常. 磁致伸缩式液位传感器[J]. 仪表技术与传感器, 2007(12):9-11.

[2] 张晓, 史丽萍. 基于电容感应元的多层液位传感器的研究[J]. 仪表技术与传感器, 2003(9):5-7.

[3] 王幸之. 单片机应用系统抗干扰技术[M]. 北京航空天大学出版社, 2000.