基于单片机的液位控制器设计

姚美莲

【摘 要】随着电子工业的发展，单片机控制的智能型控制器在电子产品中的应用越来越广泛。本文主要介绍了液位控制器的工作方式，以及基于单片机的液位控制器的设计。

【关键词】单片机 液位控制器 设计

【中图分类号】 TM571【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0186-02

引言

液位控制器的工作方式主要有电子式液位开关控制、浮球开关控制、液位继电器控制、接触式控制等，虽然液位控制器的所选取的控制方法根据产品的不同而有所区别，但是主要是过机械式或电子式的方法来对高低液位进行控制，以此实现自动化或半自动化。液位控制在高层小区水塔水位控制、污水处理设备、有毒或腐蚀性液体液位控制中应用较为普遍。随着电子工业的发展，单片机控制的智能型控制器在电子产品中的应用越来越广泛。

1 液位控制器的工作方式

1.1 电子式液位开关控制

电子式液位开关控制要实现对液位的自动化控制需要与其说搭配的水位控制器工作作用。电子式液位控制器在进行工作时，先是由电子探头对液位进行检测，检测的信号由液位检测专用芯片进行处理，如果检测结果显示液位到达动作点时，液位检测专用芯片会发出高电平信号或低电平信号，之后水位控制器针对电平信号的不同对液位进行控制。电子式液位器主要体有使用寿命长、安全系数高、价格低廉等特点。

1.2 浮球开关控制

浮球开关控制有大金属球的浮球开关、带干簧管的微型浮球开关和电缆式浮球开三种。带有达金属球的浮球开关在工作时主要是通过液体浮力的变动实现对阀门的控制，当液体液位上升，则金属浮球上升，浮球上升带动阀门关闭，使进水停止；当液体液位下降，则金属浮球下降，浮球下降带动阀门打开，使进水开始，如此往复实现对液体液位的控制。带干簧管的微型浮球开关主要通过磁性小浮球使杆里面的干簧管闭合或打开实现对液体液位的控制。电缆式浮球开关，这种方式的液体液位高低主要取决于平衡锤或弹性电线的某一固定点到浮筒间的电线长度，虽然其造价低廉，但直接与220v电压相接，也使其安全隐患较大，一旦电缆线受损，则必须进行整个装置就要替换，否则易引起漏电电人的现象。

1.3 液位继电器控制

液位继电器控制在高层楼宇的上下集液池应用较多，它主要采用集成电路，根据上下集液池的液位分级提升而设计的。通过液位继电器控制能使上下集液池的液位得到有效控制，同时在集液池发生溢水或缺水时，可以实现排水和补水的作用。虽然这种液位控制在实现集液池排水和补水的过程中表现较好，而且价格也较为低廉，但是这种液位控制不耐污，受水垢影响较大，一旦水垢太多，就会使液位控制作用受到影响。

1.4 接触式控制

接触式控制主要通过探头超声波脉冲的反射来检测和计算液体液位，从而实现对液位的控制。接触式控制将高频超声波脉冲探头耦合在容器外壁，探头发出的高频超声波脉冲会在在容器壁和液体中传播，再被容器内表面发射回来，通过中方式计算出液位高度，判断液位与液位控制机器的位置，当液体液位处于上限或者下限时，控制器产生继电信号，从而实现对液体液位的控制。这种方式在对液体液位上限和下限进行检测时，不受介质密度、介电常数、导电性、反射系数、压力、温度、沉淀等因素的影响，所以这种方式在医药、石油、化工、电力、食品等行业的各类液体液位控制中应用最为普遍，尤其是储存的液体具有毒性或腐蚀性时，该方式的功用则表现更为优越。虽然这种方式方便、准确，但是其造价较高。

2 基于单片机的液位控制器设计

2.1 基于单片机的液位控制器工作原理

液位控制器的工作方式有多种，笔者利用单片机为控制核心， 设计一个对供水箱水位进行监控的系统。单片机控制固态继电器的开断对液体液位进行调整。该设计的核心AT89C51 芯片，主要的组成部分有键盘、数码显示、A / D 转换、传感器、电源和控制部分等。基于单片机实现的液位控制器利用气压传感器和A / D 转换产生液位高度数据，通过单片机的数据采集，利用数码管显示液位高度数据，进而进行液位控制。当液体液位达到上限或者下限时，液体底部的软管管内空气气压发生变化，由气压传感器将软管内的空气气压信号转化成电压信号，电压信号生成后进入A / D转换，A / D转换将电压信号转化成数字信号量，单片机对数字信号量进行采集并处理，最终在数码显示管内生成数码液位高度，之后通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值，从而实现对液位的自由控制。

2.2 基于单片机的液位控制器设计

2.2.1 单片机

基于单片机的液位控制器设计的单片机是AT89C51 芯片，如图1。[ 1]该芯片由由Atmel 公司生产，呈双列，共40脚。A/ D 转换和显示连接口在P0，3x5的键盘连接口在P1，控制电磁阀和水泵动作的接口P2，上、下限指示灯连接口在P3。

2.2.2 传感器

基于单片机的液位控制器设计传感器使用的是SY-9411L-D 型变送器，如图2。[2]这种变送器有一个美国SM 公司生产的555-2 型OEM 压阻式压力传感器和相应的放大电路组成。555-2 型OEM 压阻式压力传感器外壳封装材料是用坚固的耐高温塑料特殊加工处理，所以其耐温性能较强。1脚和2脚都是信号输出（-），5 脚和6脚都为信号输出（+），中间3脚为激励电压、 4脚为地。在液体底部有一根软管用以输出空气气压信号，软管两端分别和液体底部和传感器，其直径为5 mm。在液体液位发生变化时，会引起软管内空气气压的变化，进而生产气压信号，气压信号在传感器的作用下生成电压信号，电压信号再输入A/ D 转换器中。

2.2.3液位显示电路

基于单片机的液位控制器设计的液位显示采用数码管动态显示。[ 3]其显示的范围在0至999之间，单位自定。该液位显示的数码管采用的LDS18B20型号的7段共阴极连接数码管。这种数码管在单片机中应用较为广泛，可以作为地址数据总线扩展的锁存器， 也可以作为普通的LED的驱动器件。

2.2.4 A/ D转换电路及控制输出

基于单片机的液位控制器设计的A/ D转换电路采用的是CMOS 工艺制造的逐步逼近式8位A/ D转换器芯ADC0809。编制A/ D转换程序可分为三种，分别是中断、查询0和延时。A/ D转换器，由液位高低变化引起液体底部的软管管内空气压变化，空气气压在传感器内经过运算放大器和分压电路把传感器输出的电流信号转换成电压信号，进而进入A/ D转换器，由单片机对A/ D转换器生成的数字信号量进行处理，在数码显示管内显示液位高低。设置液位高、低和限定值以及强制报警值的键盘采用P1口作为键盘接口， 连接一个4x4键盘。结构上采用行列方式，可定义键盘布局。

3 结束语

在电子工业的发展的浪潮中，单片机控制的智能型控制器在电子产品中的应用越来越广泛。随着基于单片机的液位控制器设计日益完善，其模型的设计必会在具体的个案应用发挥其良好的延伸作用。

参考文献

[1] 陈新昌，王万章.单片机在水位控制中的应用[J].信息科技，2006（24）：89-90，94.

[2] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社， 1996.

[3] 刘华东.单片机原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2003