液位自动控制系统

控制类系统设计

——液位自动控制系统

摘要

随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展，工业生产中传统的检测和控制技术发生了根本性的变化。液位作为化工等许多工业生产中的一个重要参数，其测量和控制效果直接影响到产品的质量，因此液位控制成为过程控制领域中的一个重要的研究方向。

液位控制是工业中常见的过程控制，它对生产的影响不容忽视。该系统利用了常见的芯片，设计并实现了液位控制系统的智能性及显示功能。电路组成简单，调试方便，性价比高，抗干扰性好等优点，能较好的实现水位监测与控制的功能。能够广泛的应用于工业场所。

液位控制有很多方法，如，非接触传感。只需要将传感器紧贴在非金属容器的外壁，就可以侦测到容器里面液位高度变化，从而及时准确地发出报警信号，有效防止液体外溢或防止机器干烧。由于不需要与液体接触且安装简便，避免了水垢的腐蚀，可取代传统的浮球传感和金属探针传感，延长寿命。而本设计是基于纯电路的设计，低成本且抗干扰性好。在本设计中较好的实现了水位监测与控制的功能。

液位控制系统是以液位为被控参数的系统，液位控制一般是指对某控制对象的液位进行控制调节，以达到所要求的液位进行调节，以达到所要求的控制精度。

1 概述

液位控制系统是以液位为被控参数的系统,是现代工业生产中的一类常见的、重要的控制过程。而传统的液位控制多采用单回路控制,并采用传统的指针式仪表来显示液位值,使液位控制的精度和显示的直观性受到限制,而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高,要求液位系统有高的控制性能。基于此，本系统就设计了一种电路简单，调试方便且性价比高的系统，来完成液位的自动调控。本系统主要由四部分组成：显示模块、振荡模块、传感器模块和声光报警模块，系统简单易行。

系统框图如下：

2 硬结构与功能

2.1 该设计的总体结构

该设计是一块集多种电子芯片于一体的多功能实验板，实现了液位系统的控制及显示。主要功能器件包括：电源部分的7808，定时部分的555定时器，数字分段的LM3914等。

电路原理图如下图所示：

2.2 各结构的硬件介绍

2.2.1 电源电路介绍

电源电路由两部分组成：220V电源转变到交流15V和交流9V.电源电路的核心就是芯片7805，因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。IC采用集成稳压器7805，C1、C2、C4、C5为输入端滤波电容，C6、C7、C10、C11为输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电流较大时，7805应配上散热板。

电源电路图如下：

2.2.2 振荡电路介绍

能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。一般由电阻、电感、电容等元件和电子器件所组成。

振荡电路图如下：

2.2.3 传感器电路介绍

传感器在现代信息技术中有着举足轻重的地位，因此作为理工科专业的学生学习和掌握现代传感器技术知识是非常必要的。根据该系统的实用性，考虑使用物理性传感器（包括压电式、超声波式、磁电式、光电式和核辐射传感器）或能量控制型传感器（包括电位器式、应变片式、电容式和电感式传感器）

由于该设计是针对液位高度的，并考虑到价格以及我们使用的熟练性，最终选择使用电容式传感器。

电容式传感器：它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。电容式传感器的优点是结构简单，价格便宜，灵敏度高，过载能力强，动态响应特性好和对温度、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。

原理：利用被测介质的特性变换成相应的电量，液位越高，电阻体被短路部分愈多，阻值越小。

传感器电路如下：

2.2.4 控制部分电路介绍

通过信号调理电路调整好零点和最高点，运行中将会显示液位的高度变化。通过LM3914电路及双色管电路转换为电信号。

双色管显示：用双色管来显示液位的变化，并伴随声光报警功能来提醒用户。

电路图如下：

（LM3914数字分段电路图）

（双色管电路图）

2.2.5 报警电路介绍

当液面高度大于25cm或小于2 cm时，系统发出信号使V2出现高电平，触发蜂鸣器报警装置，蜂鸣器发出响声。

报警电路图如下：

2.2.6 信号调理电路介绍

信号处理电路，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、光强等，但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。

信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出之。

信号调理电路如下：

3 总结

通过对该系统的学习，不仅使我对液位控制系统有了明确的认识，也使我认识到了控制系统对于人们生活的重要性。经过对该系统的液位监测，报警等部分进行测试，各部分协调工作良好，相信该设计方案具有一定的可行性。此设计只是为了表达一个简单的思路，模拟一个简单的控制过程，在实际的应用下，现场要求肯定会比这要精确，复杂的多。因此设计一个系统需要从多个方面进行考虑，尤其是当此设计应用到实际现场时，更要从方方面面进行思考。

电子产品的开发过程，一般经过如下步骤：

（1）原理图设计，包括方案选择、原理图仿真验证。

（2）设计电路板图，画电路版图之前，要画出正确的原理图，才能画电路板图。

（3）购买元件。

（4）画电路板图，按照电流、电压、抗干扰、安装要求等画电路板。

（5）焊接电路板。

（6）调试电路板，实际验证所设计的产品。