1、嵌入式液位自動檢測裝置ChengduUniversityofInformationTechnology控制工程學院集中實踐環節課程工作記錄及成績評定冊自動檢測系統設計1學號姓名項目名稱：指導老師：項目負責人:項目組成員:2014年6月26日控制工程學院制嵌入式液位自動檢測裝置摘要隨著社會的發展我們的生活不斷向自動化、智能化方向發展，在生活中很多地方都要求我們對液位進行測量以滿足我們生產生活的各種要求。通過本文的研究，總結出了壓力傳感器實現液位測量的優勢：體積小，實際應用系統簡單實用，成本低，效益好；具有較高的性能價格比；系統不易受到干擾，可靠性高。同時基于嵌入式的測量系統具有實時性強、可移植性

2、好，便于二次開發開發。將測量技術應用到實際生產過程做了有益的嘗試也為液位測量提供了有參考價值的設計思路。關鍵詞：傳感器；傳感器技術；液位測量；嵌入式系統；AutomaticdetectiondeviceembeddedlevelAbstractWiththedevelopmentofthesocietywelivewetoautomation,intelligentdirection,inmanyplacesinlifewearerequiredtomeasureliquidleveltomeetavarietyofproductionandlivingourrequirements.Thro

3、ughthisresearch,summeduptheadvantagesofpressuresensorforliquidlevelmeasurement:smallsize,practicalapplicationsystemissimpleandpractical,lowcost,goodbenefits;tohavethehighperformancepriceratio;thesystemlesssusceptibletointerference,highreliability.Atthesametimemeasurementsystembasedonembeddedsystemha

4、sstrongreal-timeperformance,goodportability,convenientforthetwodevelopment.Themeasurementtechniqueisappliedtotheactualproductionprocessanddosomebeneficialattemptalsoprovidesavaluablereferenceideaforliquidlevelmeasurement.Keywords:sensor;sensortechnology;liquidlevelmeasurement;embeddedsystem;設計說明書目錄論

5、文總頁數：15頁TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.引言1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.設計要求1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3.方案比較與論證1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 超聲波測量1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 電阻式測量1 HYPERLINK l bookmark20 o Curr

6、ent Document 壓差法測量1 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3.4壓力傳感器概述2 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.5傳感器選型2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 4.硬件系統設計3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4.1信號調理電路3 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document AD采集電路4 HYPERLINK l bookmar

7、k32 o Current Document 4.3嵌入式模塊電路65.軟件設計65.1AD采集與信號處理6 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 串口95.3數據采集10 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 5.4顯示11 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 6.數據誤差13 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 數據測量與校準13 HYPERLINK l bookmark42 o Current Docu

8、ment 誤差分析14 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 參考文獻151.引言隨著社會的發展我們的生活不斷向自動化、智能化方向發展，在生活中很多地方都要求我們對液位進行測量以滿足我們生產生活的各種要求。我們這次的課題研究液位的測量方法與實現通過對液位的測量研究使用嵌入式系統完成液位的測量。設計要求（1）制作一個單面板，實現液位測量。注意，該題目測試不嚴格要求精度但能直觀的測量出液位（2）該測量板可以帶處理器、串口與TQ2440相連，也可直接相連，最后需在TQ2440中得出測量數據（3）技術指標：測量范圍0一150cm，分辨率3cm方案比較與論證

9、超聲波測量超聲波測量通過換能器將電功率脈沖轉換為超聲波，射向液面，經液面反射后再由換能器將該超聲波轉換為電信號。超聲波是機械波，傳播衰減小，界面反射信號強，且發射和接收電路簡單，因而應用較為廣泛；但超聲波的傳播速度受介質的密度、濃度、溫度、壓力等因素影響，其測量精度較低。電阻式測量電阻式測量方法特別適用于導電液體的測量，敏感器件具有電阻特性，其電阻值隨液位的變化而變化，通過電阻值變化值變化可以的得到電壓值的變化經過校準即得到液位。同時也可以通過浮力用探針式利用跟蹤測量法來測量液位，以液位上升的情形為例來說明液位測量原理，當液位上升時，提起探針完全脫離液體，然后緩慢降低探針尋找液面，則探針與液體

10、剛接觸時的位置即與液位相對應。探針式的特點是測量精度很高、控制電路復雜。3.3壓差法測量我們都知道液體會在容器里會產生壓力且壓強P=pgH，在液體密度均勻不變的情況下p、g保持不變，液位的高度H和壓強P成正比，通過壓強的變化我們可以得到液位高度。我們可以用壓力傳感器來測量水壓的變化來測量液位。通過這種方法測量液位精度高、測量穩定維護方便，是比較成熟的液位測量方法。我們這次課題采用壓差法測量液體液位，提高測量精度簡化外圍電路設計。液1丄顯示衛壓力傳感器儀表放大儀表放大AD采隼4申AD采隼4圖3-1系統框圖通過壓力傳感器測量水壓，由于傳感器輸出信號比較微弱我們通過差分方式輸入儀表放大器進行放大,將

11、信號放大到05V然后用STC12C5A60S2進行AD采集，并進行數據的采集濾波。最后通過串口將數據發送到TQ2440開發板上進行數據顯示。3.4壓力傳感器概述在各類傳感器中壓力傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩定可靠、成本低、便于集成化的優點，可廣泛用于壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、壓強的測量與控制。除此以外，還廣泛應用于水利、地質、氣象、化工、醫療衛生等方面。由于該技術是平面工藝與立體加工相結合，又便于集成化，所以可用來制成血壓計、風速計、水速計、壓力表、電子稱以及自動報警裝置等。壓力傳感器已成為各類傳感器中技術最成熟、性能最穩定、性價比最高的一類傳感器。壓力傳感器是用于

12、測量液體與氣體的壓強的傳感器。壓力傳感器工作時將壓力轉換為電信號輸出。隨著微電子工業的迅速發展，單片機控制的智能型控制系統作為壓力傳感器的一種被廣泛應用于電子產品中，為了使自己對單片機控制的智能型控制系統有較深的了解。經過綜合分析選擇了由單片機控制的智能型液位控制系統作為研究項目，通過訓練充分激發自己分析問題、解決問題和綜合應用所學知識的潛能。并且，液位控制在高層小區水塔水位控制，污水處理設備和有毒，腐蝕性液體液位控制中也被廣泛應用。3.5傳感器選型傳感器我們選用MPS20N0040D-S，它是一款SMD封裝的產品。此款產品被廣泛應用于與氣壓相關的產品。并且具有良好的可重復性和長時間的工作穩定

13、性。量程040KPa，線性度0.3%，其內部結構為一個電橋可有效的抑制共模干擾，同時也可以進行在線校準提高精確度。傳感器外部安裝1根直徑為5mm的軟管，一端安裝在被測液位底部；另一端與傳感器連接。水箱水位高度發生變化時，引起軟管內氣壓變化，然后傳感器把氣壓轉換成電壓信號，輸送到A/D轉換器。圖3-2傳感器內部結構圖-Output-Input4硬件系統設計4.1信號調理電路水箱水位高度發生變化時，引起軟管內氣壓變化，然后傳感器把氣壓轉換成電壓信號，電壓信號經過放大電路，單片機采集到輸出信號就可以判斷出液位高度。104圖4-1信號調理電路如圖4-1所示，為信號調制信號電路圖，液位變化引起傳感器MP

14、S20N0040D-S輸出電壓信號有微弱的變化，將微弱的信號用INA282儀表運放將信號放大，單片機采集INA282輸出信號，INA282采用雙電源供電，放大更精確，ICL7660為正壓變負壓芯片，將+5V轉變為-5V。D3為電源指示燈。圖4-2信號調理電路實物圖4.2AD采集電路通過壓力傳感器測量水壓，通過差分方式輸入儀表放大器進行放大，將信號放大到05V然后用STC12C5A60S2進行AD采集，并進行數據的采集濾波。最后通過串口將數據發送到TQ2440開發板上進行數據顯示。JICON2TT34567812D14+5PAc1RYCTP10/TP00P11/TP01P12P02P13P03P

15、14P04P15P05P16P06P17P07INT1P20INT0P21P22T1P23T0P24P25EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXDRD-WRALE/PPSEN393837363534333221222325262728P30P31305O0-OO0ODB9O30UT72IN6十IU2C8105C62405UC1+V+C1-C2+C2-VCCGND1Cin151out11inin2Cln251out105216151413121T1P319P30H-圖4-3AD米集電路如圖4-3所示，為AD采集電路和單片機串口電路，單片機選擇STC12C5A60S2,單片機采集INA

16、282放大過后的電壓，再通過內部濾波，再通過串口發送出去，選擇芯片為MAX232.圖4-4單片機實物電路圖4.3嵌入式模塊電路itJtagUo屯it/i示燈05軟件設計5.1AD采集與信號處理其他資料。RJ45叫燼應孑GF1O加扣0USBRTCUSB(RS?32)Steve齊靜電嵐HostXL*贛艱龍苗Nor/Nand珀、卄蝴fr出址棒開關*1|Ip-I應丄Hi卄嵌入式模塊選擇天嵌公司的TQ2440開發板，開發板詳細資料和電路接口見11Led槿02led槿曲SD+i圧連釋聘取L閔燈PWM4t4i圖4-3TQ2440嵌入式開發板TQ2440開發板上有串口（RS232）,AD采集電路板上也純在串口

17、（RS232）,將兩個串口接在一起，兩個電路板經過程序控制，就實現串口通信，能夠把水位高度先通過STC12C5A60S2采集，再通過串口發送到TQ2440開發板，然后再通過QT顯示出液面高度。我們通過STC12C5A60S2單片機自帶的AD采集氣壓傳感器的變化程序流程圖如圖:闌戶中冊按黃麗嫌、號稱電阻-2440精敬AT24CO2出心叱皿臭加1圖5-1AD采集程序流程圖特殊功能寄存器說明sfrADC_CONTR=0 xBC;/ADC控制寄存器sfrADC_RES=0 xBD;/ADC結果寄存器高位sfrADC_RESL=0 xBE;/ADC結果寄存器低位sfrP1ASF=0 x9D;/P1口模擬

18、功能控制寄存器sfrP1M0=0 x92;/IO輸出模式寄存器sfrP1M1=0 x91;/IO輸出模式寄存器主要代碼說明1、ADC初始化voidInitADC()P1ASF=0 xff;/設置P1口為AD輸入口ADC_RES=0;/清零結果寄存器ADC_RESL=0;ADC_CONTR=0 x88;/ADC控制寄存器設置10001000-即開啟ADC的電源，540時鐘轉換周期Delay(2);/延時一段時間讓ADC的電源穩定/ADC_CONTR=0 x88;/開啟ADC轉換，選擇通道0AUXR1&=0 xfb;/將ADRJ置0P1M0=0 x01;P1M1=0 x01;2、開始AD轉換uin

19、tAD_get(ucharchannel)ES=0;ADC_CONTR=0 x88|channel;/開啟AD轉換10001000即POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS0_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/要經過4個CPU時鐘/等待轉換完/關閉AD/返回AD轉換完成的8位的延時，其值才能夠保證被設置進ADC_CONTR寄存器while(!(ADC_CONTR&0 x10);成ADC_CONTR&=0 xe7;轉換，ADC_FLAG位由軟件清0ES=1;return(ADC_RES);數據3.濾波與液位換算voi

20、dGet_ADdate()floatres;uintres1;res=AD_work(channel1);/Clr_lux();res1=res*10000;res1=5300-res1;res1=res1/5;lux0=res1/10000+0;lux4=c;lux5=m;lux1=res1%10000/1000+0;lux2=res1%1000/100+0;lux3=res1%100/10+0;/lux5=res1%10+0;lux6=0;send_com(lux);send_char(n);/send_char(0 x0d);/send_char(0 x0a);/Delay(100);我

21、們通過采集100次AD值進行均值慮波提高數據精度。5.2串口通過單片機采集的數據用串口發給TQ2440進行處理。串口初始化設置定時器1工作方式2波特率設置為9600.voidInit_UART()/設置定時器1工作方式2TMOD=0 x20;SCON=0 x50;PCON=0 x00;TH1=0 xfd;TL1=0 xfd;TR1=1;/啟動定時器1/SM0=0;/SM1=1;/REN=1;EA=1;/打開總中斷ES=1;5.3數據采集主函數主要代碼如下：#includeAD.h#includeUART.h/#includereg51.hvoidINIT();voidmain()Delay(1

22、00);Init_UART();InitADC();send_com(12345);while(1)Get_ADdate();Delay(500);圖5-2主程序流程圖5.4顯示（1）設置波特率首先使用gedittest.cpp命令打開test.cpp文件，修改串口設備號。本項目中使用串口2進行數據交互。vwlwjEiVMjvmj.serl*)；TextBrowserl-tGeofietrv(ORectt卜冷,151)；striatd=open(fc.f.;ttySAC2H,d_RDfflrJjj/openserial,ifTQ244flFiisen/dfvttySAC2,fentl(seri

23、al_fd,F_setfl,o_ncnblqck)；/B串曲匪棗畑tcflu5h(serialfdhhzioflush)；/v馬赫輔人纏徉cfsetispeed【Mpt.09&08)；設査琲入滾為率cfsetospeed如卩匕的翎(3)；誅皆命出波韓罕tcsetattffserialfU,TCSANOW!;陋忌敢置使耳生效tcflush(senlfdrTCIOFlUSk)汀/剛儷扎醱徉茸他詢詈可使用檢甞tcgetattr(s&rialfd,MldOpt);OptReflag|=(CLOCALICREAO1：opt.c_cHagacsize；Opt.c_flag|=58；Opt.c_cflag-

24、PARENS;|愚L_jj14.W栃訂畫:root會W10MX：伽Vh希images/MOO勵uatestxpp/mrte乎邙P呼“諭gK/lnHag&s/9600ihua)-gedit圖5-3設置波特率修改函數serial_fd=open(*/dev/ttySAC2*,0_PDWR,0);選擇串口號2.修改波特率/下面設畫波特率等tcflushfserialfd,TCI0FLUSH);/涮新輸扎韁存cfsetispeed(&Opt(B96GQ);/iS輸入波特率cfsetospeed&Opt(B96QQ);遙輸出波特率tcsetattr(&erialfd,TCSANOW；&Opt)；/激活酉

25、己蓋使其生效tefiush(senal_fd,TCI0FLUSH);涮新輸入緩存/其他設畫可以使用缺省圖5-4設置波特率主要代碼這里僅僅使用數據輸入，只需cfsetispeed(&0pt,B9600);(2)編譯arm版本的test.使用make命令編譯完成后，應用程序“test在/opt/EmbedSky/Qte/arm-qtopra-2.2.0/qtopia/opt/Qtpia/bin下，桌面圖標test.png在/opt/EmbedSky/Qte/arm-qtopra-2.2.0/qtopia/opt/Qtpia/pics,啟動器test.desktop在/opt/EmbedSky/Qte/arm-qtopra-2.2.0/qtopia/opt/Qtpia/apps/EmbedSky/下.然后使用。將這三個文件分別考到TQ244開發板上相應文件夾下。重啟生效。圖5-5液位顯示效果圖6數據誤差6