投入式液位变送器用于液肥液位检测

投入式液位变送器选型 
　　其基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，再将静压转换为电信号，实现非电量到电量的变换，利用这一特性来完成对液位的测量。主要技术参数如下:量程1．3m，精度0．5%Fs，电压18～36VDC，输出4～20mA。
其优点包括:①能实时测量罐内各点液位;②直流4～20mA标准电流信号输出;③密封性好，测量元件不与液肥直接接触，避免了液肥对元件的腐蚀。
2硬件电路设计 
2．1电源电路设计 
　　电源电路图如图2所示。图2中，为了保证液位传感器能获得24V的直流供电，选用具有DC－DC单片控制电路功能的MC34063芯片，片内包含有温度补偿带隙基准源，能输出1．的开关电源，且是使用zui少的外接元件构成的升压变换器、降压变换器和电源反向器［5］。
　　

    本系统电源电路采用具有升压转换作用的MC34063芯片，与电感L、二极管D3、三极管TIP122一起构成电源电路。若TIP122导通时，+12V的输入电压经采样限流电阻R1、R2，流经电感L，随着电感L电流增加，其两端进行储存能量。此时，二极管D3是防止电容C3对地放电，并由电容C3向负载供电;若TIP122断开时，电感L及12V的输入电压对电容C3充电的同时电容C3对负载供电，负载电压稳定在+24V，稳压的负反馈信号是电阻R7、R8的分压输入到MC36063的5脚。
2．2检测电路设计 
　　硬件部分的核心为STC12C5412AD，工作电压由LM2576从24V转变为5V来提供。同时，用MCU的3个输出引脚P1．1、P1．2、P1．3连接串并转换芯片74HC595，就可实现对系统所有的显示功能及显示元件的控制。图3中的74HC595芯片Q0～Q7共8位输出控制8个发光二极管，每个二极管分为闪、亮2段，共16段，通过灯的闪亮和4个数码管显示的罐内液体容积值来记录相关液位数据。其检测电路原理图如图3所示。

3系统软件设计 
　　系统软件是利用51系列单片机集成开发工具来进行C语言设计，采用模块化设计方式，由系统与监控程序一起管理执行。系统软件主要由主程序、初始化程序、定时中断处理程序组成。其中，系统主程序包括A/D转换子程序及显示子程序。系统初始化后进入主循环，定时中断处理程序是对74HC595的输出进行控制。系统主程序流程如图4所示。

4数据测试及分析 
4．1测试条件 
　　为验证本设计的可行性，基于所测液体静压与该液体的高度成比例，再将静压转换为电压的试验原理，搭建实际的电路。用现有的播种机储液罐作为容器可容纳近1000L的液体。其实际测量高度如图5所示。因液肥与水密度相近，所以用水作为测试对象，在正式用液肥时验证误差，算出修正系数，再写入单片机中进行校正。


　　首先将液位计正确安装于储液罐底部，接通电源后利用串有流量计的电泵开始注水，注意观察液位的变化，待快到预先暂定的水容量处关闭电源。此时，用万用表读取液位计处理后的电压值、记录表示高度显示的LED的灯/闪数及流量计显示的实际注水容量，再用米尺丈量水的实际液位高度。试验结果如表1所示。 
4．2数据分析 
　　观察表1的数据之间存在某种线性关系，用Mat-Lab对表1的压力与容量及液位高度数据进行一次曲线拟合，如图6所示。

　　根据图6的拟合曲线，可得到对应的回归方程为
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其中，x代表电压;y1为容量;y2为液位高度。 
由此可见:电压与容量及液位高度之间确实存在良好的线性相关性，且从表1中也可以看出LED灯的亮、闪数随液位高度而变化。　　因此，一旦配比好定量的液肥，在变量施肥机工作时，可以根据LED灯来判断其液位高度，用数码管来显示其容量。
分析对比表2的数据可知:液位高度误差在允许范围之内，拟合容量的负数除了与传感器的安装位置及储液罐的形状有关以外，和换算容量的基点(零点)也相关。因此，可以重新选一个容量和高度基点来解决。

5结论 
　　以STC12C5412AD单片机为核心的液肥检测系统，可以动态地显示液位及容量的变化，实用性较强，且成本低廉。在随机的测量试验中，节省了人力及物力，同时也提高了检测的效率。该投入式液位计体积小巧、使用方便、维护成本不高，优于其他如超声波传感器。试验数据分析表明:该微压传感器性能指标能满足较高精度要求的测量，为液肥播种机的进一步智能化奠定了一定的实践基础，对其它的液位测量也具有较好的借鉴作用。