液位检测系统设计

一、毕业设计（论文）选题的目的和意义。

1）本选题的理论、实际意义

液位检测系统是自然界和一般工业界不可缺少的一种检测系统。但凡江河湖海，工业中应用的蓄水池、水塔、水箱、地下水等都需要有液位检测。供水系统中有许多设备由于所处地势高，上下极为不便，有时水即将用完或者已经用完也不知道，造成需用水时却水量不足或者无水可用的情况。此时，在向池中注入水过程中，由于不知道液位情况，也就无法控制水量多少，为了准确掌握液位情况，传统的做法是安排人员进行人为监控，这样不仅会占用人力、物力，还会大大影响工作效率。为此需要对液位监测情况实现自动化监测、数据化、智能化显示、视觉或听觉冲击化报警，实现液位检测一个完整的系统，那么工作人员便可以在操作室获知整个设备的液位状况，如此不但大大减低工作人员的危险性，同时更提高了工作效率及简便性。

在工业领域中，液位测量是一项重要的研究方法，有利于工业技术的进步和经济效益的提高，液位测量在许多控制领域已较为普遍。各种类型的液位测量传感器较多，按原理分为浮子式、压力式、超声波式、吹气式等。各种方式都根据其需要设计而成，其结构、量程和精度适用于各自不同的场合，大多结构较为复杂，制造成本偏高；市面上也有现成的液位计，多数成品价格惊人。以上液位计多数输出为模拟量电流或电压，有些为机械指针读数，不能用于远程监视；普遍适用于静止液面，在波动液面易引起读数的波动；也有用电容法测量液位的系统，电容式传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大及价格便宜等特点，因此适用于测量液位，是一种简单易行的方案。

2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解

对于液位测量传感器的研究，国外的液位测量技术起步较早，且投入资金雄厚，发展非常迅速，到目前为止，国外许多公司都研制出很多功能齐全的、自动化智能程度高、精度高的测量体系与产品系列，美国Milltronics公司研制的多量程超声波液位监测系统具有测量液位及液位差的能力，其采用的非接触式超声波传感器，可监视30cm到14m范围的液位变化，该系统专门编制了一种增强回声的软件程序，多量程系统被监视槽的超声波分布图储存在计算机存储器中，采用连续测量确定液位方法来修改分布图；Magmetrol国际公司的Echtel-FⅡ型超声波液位控制仪有两种控制模式：连续波信号的高增益系列和脉冲信号的超增益系列，还增加了一个检验机构，使之具有自检功能，避免了一般超声波仪器中零电压输出即可能表明无液体，也可表明低液位或控制出现故障等问题。Hybepark电子公司的双液位传感系统采用二只分别调节上限和下限液位的电位计，超声波探头安装在液体之上且与控制装置连接，控制装置比较被感受到的极限液位后去启动指

示器和继电器，然后启动液位输出。美国的DREXELBROOK公司与ROSEMOUNT公司以及日本、加拿大等国公司研制开发的产品在国际市场上占有很大的比重。据统计，DREXELBROOK公司至今在全世界已经有3万多例成功的现场应用。

还有其它国家和公司研制的液位传感器等产品，广泛应用于工业、食品等行业，并大量地进入我国液位测量领域。在我国，由于受到历史原因影响，液位传感器的研制开发技术都比较落后，各个基础行业的资金投入不协调，以及一定时期的人才青黄不接，导致了相关配套领域发展迟缓甚至于停滞不前，使得我国的液位测量技术、测量方法远远落后于其它发达国家，测量系统的自动化程度不高，精度可靠性、功能等多方面都不如国外同类产品，差距很大。

近几年来，随着改革开放的不断深入，我国的经济、技术水平得到了迅猛的发展，国家也加大了这方面的投入，测量技术得到了全面发展和更新，液位测量技术发展比较迅速。我国许多科研单位及企业共同研制开发了有关液位测量方面的传感器，这些产品在性能指标上、功能上，都比以前有了很大程度上的提高，但是与国外同类技术相比还有待进一步的改进。

河南科技大学的邓瑞涛等在新型液位传感器的研究中，主要研究了变介电常数电容式传感器工作原理，根据极板之间介质量的变化引起电容量随之发生变化，设计了相应的检测滤波电路，通过转换电路转换成频率输出，应用单片机构成控制检测系统，从而达到准确测量油量变化的目的。

海军工程学院陈振林等提出的高精度温度测量电路非线性补偿研究，这有利于提高测量的精度。

二、设计或研究主要内容和重点，预期达到的目标及拟解决的主要

问题和技术关键，有何创新之处

1）主要内容：本设计以MCS-51系列单片机为核心设计水位检测系统，自行设计电源，选用液位检测传感器检测液位，数码管显示，当液位高度太高或太低时，报警（可采用中断方式设计），由单片机控制继电器的闭合来控制水泵的工作，达到调节水位的效果。

2）研究重点：传感器LM1042、A/D转换芯片AD574A与单片机的接口电路设计，LED数码管驱动芯片ICM7218与单片机的接口电路，程序的编写。

3）拟解决的问题：本设计经过调研，收集且分析相关技术资料，综合考虑液位检测技术发展和液位检测系统特点的基础上，提出把液位检测显示同超限报警综合的解决方案。

本系统采用AT89C51单片机作为处理器，主要完成以下关键工作：

1．基于AT89C51的液位信息检测设计方案。

2．传感器LM1042、A/D转换芯片AD574A与单片机的接口电路设计。

3．LED数码管驱动芯片ICM7218与单片机的接口电路及其与数码管的硬件连接。

4．继电器控制水泵加水电路的设计。

5．设计主要软件程序模块，完成软件设计。

三、研究方案

研究方法是定性研究。主要研究途径是查阅资料，收集和学习与课题相关的背景资料：对研究对象进行前测、后测的统计资料要收集；与课题相关的理论、概念的界定和相关研究动态的资料要收集；自身学习和研究的过程资料要记录和收集；对材料进行分类归档；进行跨学科的学习和收集资料。主要研究基础是单片机的应用设计，传感器及其应用。

四、主要参考文献目录

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