基于STM32 设计的简易多功能液体容器

2021-06-01吕佳璐

科技与创新 2021年10期

吕佳璐，王森，杨琦

（四川轻化工大学，四川宜宾644000）

1 发展现状

目前液体鉴别主要发展于化工行业，在日常生活中主要还是靠看状态、闻气味和尝味道。这样经常会出现鉴别不准确的情况，甚至可能发生事故。随着人们生活质量的提升，生活中的各种细节越来越被重视。生活中接触的液体种类慢慢增加，对于各种液体的使用也逐渐增多。因而在以前不被重视的液体鉴别也随着人们对更美好生活的向往越来越被重视。在此背景下更安全、准确、方便的液体鉴别装置应运而生，更加贴近人们的日常生活，并且为中国现有的液体测量识别仪器的优化发展提供了有益帮助。

2 研究目的及意义

随着社会环境的不断变化，生活中的液体种类也在不断增加，不能什么液体都靠人的感觉器官来辨别液体种类，因为这样往往会伴随着一些不确定的因素。并且，在液体浓度很小时，运用这种鉴别方式不能够准确辨别出液体种类。因此，迫切需要一种新型的设备来辨别这些液体的种类。对这些新型的液体测量设备最基本的要求就是不会过多占用人们的空间资源和能量资源等。在满足以上所需的功能之后，也要增加一些比较实用的小功能，为人们的生活带来一些便利，方便人们日常使用。

3 方案设计

3.1 方案一

采用51/15 单片机作为系统的核心处理来采集数据，进行数据处理；采用浮动式传感器，进行液体的液位测量；采用压力传感器来测量液体的质量；采用光电传感器和MQ-3气敏传感器来分辨液体的种类；通过对算法（密度）的设计，来分辨不同浓度的盐水，以及纯净水和白糖水的判别，并将测试的数据显示到LCD 显示屏上。

3.2 方案二

选用STM32F103C8T6 单片机作为控制电路的核心处理来采集数据，进行数据处理；采用超声波测距传感器，进行液体的液位测量；测试的数据显示到OLED 显示屏上；其余同方案一。

3.3 方案确定

主控部分，51/15 单片机具有编程简单，控制方便，成本较低的优点，但存在数据采集的精度不高，运算速度慢、功能少等缺点；而STM32F103 增强型系列的内核是基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3 内核，一次处理数据宽度32 位，时钟频率达到72 MHz，内部RAM 和ROM（flash）更大，运算能力更为强大，且片上外设资源丰富。考虑超声波模块的测量精度及显示模块的设计，此次设计决定采用STM32F103C8T6芯片作为中央处理器。

在液体的液位高度采集部分，主要分为直接测量法、浮力法、超声波法等。其中浮球式水位传感器价格虽然便宜，但工作原理和采集方法都是传感技术中较原始、落后的部分，所以可靠性低，稳定性差，极易出现浮子卡死无法动作的现象。浮球式水位传感器检测精度低，且因其结构设计原因，容易产生污垢，不易清洗。而超声波测距模块超声波水位传感器质量小，检测精度高，非接触式的检测，更加卫生，且具有安全、寿命长、可靠性高的特点。因此这一部分选择用超声波测距模块来测量液位。

选择以STM32F103C8T6 为核心处理器，以压力传感器、超声波测距模块、光电传感器、MQ-3 气敏传感器为外设，

对不同液体的液位、质量等参数数据进行采集，及液体种类判别，并用（OLED）液晶显示屏显示测量结果。