0引(yin)言
　　液(ye)位包(bao)括液(ye)位信(xin)号器(qi)和連(lian)續液(ye)位測(ce)量兩(liang)種。液(ye)位🏃信(xin)号器(qi)是對(dui)🌈幾個(ge)固定(ding)位置(zhi)的液(ye)位進(jin)行測(ce)量，用(yong)于液(ye)位的(de)上、下(xia)限報(bao)警♋等(deng);連續(xu)液位(wei)測量(liang)是對(dui)液位(wei)連續(xu)地進(jin)行測(ce)量，廣(guang)泛應(ying)用于(yu)農田(tian)灌溉(gai)、定量(liang)施量(liang)、高爐(lu)沖渣(zha)水位(wei)測量(liang)、環境(jing)監測(ce)等農(nong)業生(sheng)産領(ling)域，具(ju)有非(fei)常重(zhong)要的(de)🈲意義(yi)。目前(qian)，對🌐液(ye)位測(ce)量的(de)精度(du)要求(qiu)不🥰僅(jin)愈來(lai)愈高(gao)，且需(xu)要測(ce)量儀(yi)能夠(gou)适應(ying)一些(xie)特⭐殊(shu)環境(jing)，如高(gao)溫、高(gao)壓、強(qiang)放射(she)性及(ji)強腐(fu)蝕性(xing)等條(tiao)件。液(ye)态🧑🏽‍🤝‍🧑🏻肥(fei)因其(qi)生産(chan)費用(yong)低、肥(fei)效高(gao)、易吸(xi)收、節(jie)支增(zeng)産效(xiao)果顯(xian)著及(ji)施用(yong)過程(cheng)中可(ke)以根(gen)據需(xu)要加(jia)入土(tu)壤所(suo)缺☁️少(shao)的植(zhi)物營(ying)養元(yuan)🌈素等(deng)優勢(shi)迅速(su)得到(dao)了廣(guang)泛應(ying)用。而(er)變量(liang)施肥(fei)作爲(wei)農業(ye)的✍️重(zhong)要部(bu)分，其(qi)技術(shu)基礎(chu)就是(shi)對液(ye)肥液(ye)位的(de)準确(que)控制(zhi)。目🧑🏽‍🤝‍🧑🏻前(qian)市場(chang)上，液(ye)位控(kong)制系(xi)統大(da)緻👄可(ke)分爲(wei)以下(xia)兩種(zhong):
1)機械(xie)式控(kong)制系(xi)統。機(ji)械式(shi)控制(zhi)系統(tong)結構(gou)簡單(dan)、成本(ben)低廉(lian);但這(zhe)種控(kong)制裝(zhuang)置故(gu)障多(duo)、誤動(dong)作多(duo)，且隻(zhi)能單(dan)獨控(kong)制，與(yu)計算(suan)機進(jin)行通(tong)信較(jiao)難實(shi)現。
2)交(jiao)流調(diao)壓/變(bian)頻調(diao)速控(kong)制系(xi)統。該(gai)系統(tong)是通(tong)過安(an)裝在(zai)水泵(beng)出口(kou)管道(dao)上的(de)壓力(li)傳感(gan)器，把(ba)出口(kou)壓力(li)變💁成(cheng)标準(zhun)工業(ye)電信(xin)号的(de)模🏃🏻‍♂️拟(ni)信号(hao)，經過(guo)前置(zhi)放大(da)、多路(lu)切換(huan)、A/D變換(huan)成數(shu)字信(xin)号傳(chuan)送到(dao)單片(pian)機，經(jing)單片(pian)機運(yun)算與(yu)給👣定(ding)量的(de)比較(jiao)，進行(hang)PID運♊算(suan)，得出(chu)調🤩節(jie)參量(liang);經由(you)D/A變換(huan)給調(diao)💋壓/變(bian)頻調(diao)速裝(zhuang)置輸(shu)入給(gei)定端(duan)，控制(zhi)其輸(shu)出電(dian)壓變(bian)化💰，來(lai)調節(jie)電機(ji)的轉(zhuan)速，以(yi)達到(dao)控制(zhi)水位(wei)的目(mu)的。
　　本(ben)文以(yi)液态(tai)施肥(fei)機爲(wei)依托(tuo)，針對(dui)一定(ding)體積(ji)的液(ye)肥進(jin)行液(ye)位🌏試(shi)驗，通(tong)過以(yi)單片(pian)機和(he)投入(ru)式液(ye)位計(ji)爲主(zhu)要硬(ying)件資(zi)源設(she)計硬(ying)件電(dian)路，畫(hua)出相(xiang)應的(de)軟件(jian)流程(cheng)圖進(jin)行測(ce)試。數(shu)據分(fen)析驗(yan)證表(biao)明:該(gai)傳感(gan)器在(zai)液肥(fei)液位(wei)🚶‍♀️測量(liang)中安(an)🔞裝維(wei)護方(fang)便，能(neng)适應(ying)液肥(fei)這種(zhong)特殊(shu)環境(jing)，其容(rong)🏒量和(he)液位(wei)高度(du)的測(ce)量誤(wu)差也(ye)滿足(zu)實際(ji)要求(qiu)。
1系統(tong)工作(zuo)原理(li)及組(zu)成
　　微(wei)壓式(shi)液位(wei)計采(cai)用的(de)是壓(ya)力敏(min)感元(yuan)件實(shi)現力(li)－電轉(zhuan)換。傳(chuan)感器(qi)的液(ye)位量(liang)程是(shi)0～1．3m，且這(zhe)段量(liang)程液(ye)位所(suo)對應(ying)的深(shen)度約(yue)合㊙️壓(ya)力相(xiang)比其(qi)他要(yao)小很(hen)多，因(yin)而稱(cheng)其爲(wei)“微壓(ya)式”。本(ben)系統(tong)是所(suo)🎯選的(de)正是(shi)微壓(ya)式傳(chuan)感器(qi)，它将(jiang)液位(wei)信😍号(hao)轉換(huan)爲4～20mA标(biao)準電(dian)信号(hao)輸出(chu)。
　　若設(she)所測(ce)液體(ti)密度(du)爲ρ，液(ye)位高(gao)度爲(wei)h，大氣(qi)壓爲(wei)ρ0，重力(li)加速(su)度爲(wei)g，則液(ye)體所(suo)受壓(ya)力p=ρgh+ρ0。這(zhe)時，爲(wei)抵消(xiao)大氣(qi)壓力(li)變化(hua)所帶(dai)🌂來的(de)測量(liang)誤差(cha)，傳感(gan)器變(bian)送器(qi)部分(fen)采用(yong)導氣(qi)電纜(lan)将大(da)氣壓(ya)力🐆ρ0引(yin)入敏(min)感元(yuan)件的(de)負壓(ya)腔，進(jin)而使(shi)p=ρgh。顯然(ran)，若已(yi)知液(ye)體密(mi)度，通(tong)☂️過測(ce)取壓(ya)力p就(jiu)可換(huan)算出(chu)相應(ying)的液(ye)位高(gao)度。
1．1單(dan)片機(ji)選型(xing)
　　該系(xi)統結(jie)構相(xiang)對簡(jian)單、運(yun)行速(su)度快(kuai)，考慮(lü)到功(gong)能和(he)成🐕本(ben)兼顧(gu)，采用(yong)以擴(kuo)展性(xing)51系列(lie)單片(pian)機STC12C5412AD爲(wei)核心(xin)控制(zhi)元件(jian)。該芯(xin)片具(ju)❓有12kB用(yong)戶可(ke)自行(hang)安排(pai)的FLASH及(ji)FEPROM空間(jian)比例(li);在同(tong)樣的(de)工作(zuo)頻率(lü)下，平(ping)均指(zhi)💛令運(yun)算速(su)度是(shi)普通(tong)💜8051的8～12倍(bei)［4］，滿足(zu)🏃🏻系統(tong)對數(shu)據處(chu)理的(de)🌈要求(qiu)，且掉(diao)電模(mo)式可(ke)由外(wai)部中(zhong)斷喚(huan)醒，适(shi)用車(che)載信(xin)息系(xi)統。系(xi)統設(she)計方(fang)案圖(tu)如圖(tu)1所

1．2投(tou)入式(shi)液位(wei)計選(xuan)型
　　其(qi)基于(yu)所測(ce)液體(ti)靜壓(ya)與該(gai)液體(ti)的高(gao)度成(cheng)比例(li)的原(yuan)理，再(zai)将♍靜(jing)壓轉(zhuan)換爲(wei)電信(xin)号，實(shi)現非(fei)電量(liang)到電(dian)量的(de)變🏃🏻‍♂️換(huan)，利用(yong)這一(yi)特性(xing)來完(wan)成對(dui)液位(wei)的測(ce)量。主(zhu)要⁉️技(ji)術參(can)數如(ru)下🔱:量(liang)程1．3m，精(jing)度0．5%Fs，電(dian)壓18～36VDC，輸(shu)出4～20mA。
其(qi)優點(dian)包括(kuo):①能實(shi)時測(ce)量罐(guan)内各(ge)點液(ye)位;②直(zhi)流4～20mA标(biao)準電(dian)流信(xin)号輸(shu)出;③密(mi)封性(xing)好，測(ce)量元(yuan)件不(bu)與液(ye)肥直(zhi)接接(jie)觸⁉️，避(bi)免🌈了(le)液🚶‍♀️肥(fei)對🤩元(yuan)件的(de)腐蝕(shi)。
2硬件(jian)電路(lu)設計(ji)
2．1電源(yuan)電路(lu)設計(ji)
　　電源(yuan)電路(lu)圖如(ru)圖2所(suo)示。圖(tu)2中，爲(wei)了保(bao)證液(ye)位傳(chuan)感器(qi)能獲(huo)得👣24V的(de)直流(liu)供電(dian)，選用(yong)具有(you)DC－DC單片(pian)控制(zhi)電路(lu)功能(neng)的MC34063芯(xin)片，片(pian)内包(bao)含有(you)💋溫度(du)💋補償(chang)帶隙(xi)基準(zhun)源，能(neng)輸出(chu)1．5A的開(kai)關電(dian)源，且(qie)是使(shi)用最(zui)少的(de)✊外接(jie)元件(jian)構成(cheng)的升(sheng)壓變(bian)換器(qi)、降壓(ya)變換(huan)器和(he)電源(yuan)反向(xiang)器［5］。

　　本(ben)系統(tong)電源(yuan)電路(lu)采用(yong)具有(you)升壓(ya)轉換(huan)作用(yong)的MC34063芯(xin)片，與(yu)電感(gan)L、二極(ji)管D3、三(san)極管(guan)TIP122一起(qi)構成(cheng)電源(yuan)電路(lu)。若TIP122導(dao)通時(shi)，+12V的輸(shu)入電(dian)壓經(jing)采樣(yang)限流(liu)電阻(zu)R1、R2，流經(jing)電感(gan)L，随着(zhe)電感(gan)L電流(liu)增加(jia)，其兩(liang)端進(jin)行儲(chu)存能(neng)量。此(ci)時，二(er)極管(guan)D3是防(fang)止電(dian)容C3對(dui)地放(fang)電，并(bing)由電(dian)容C3向(xiang)負載(zai)供電(dian);若TIP122斷(duan)開時(shi)，電感(gan)L及12V的(de)輸入(ru)電壓(ya)對☁️電(dian)容C3充(chong)電的(de)😍同時(shi)電容(rong)C3對🐇負(fu)載供(gong)電，負(fu)載🐉電(dian)壓穩(wen)定在(zai)+24V，穩壓(ya)的負(fu)反饋(kui)信号(hao)是電(dian)阻R7、R8的(de)分❓壓(ya)輸入(ru)☁️到MC36063的(de)5腳。
2．2檢(jian)測電(dian)路設(she)計
　　硬(ying)件部(bu)分的(de)核心(xin)爲STC12C5412AD，工(gong)作電(dian)壓由(you)LM2576從24V轉(zhuan)變爲(wei)5V來提(ti)供。同(tong)時🚩，用(yong)MCU的3個(ge)輸出(chu)引腳(jiao)P1．1、P1．2、P1．3連接(jie)串并(bing)轉換(huan)芯片(pian)74HC595，就可(ke)實現(xian)對系(xi)統📞所(suo)有的(de)顯🔴示(shi)功🐇能(neng)及顯(xian)示元(yuan)件的(de)控制(zhi)。圖3中(zhong)的74HC595芯(xin)片Q0～Q7共(gong)8位輸(shu)出控(kong)制8個(ge)發光(guang)二極(ji)管，每(mei)個二(er)極管(guan)分爲(wei)閃、亮(liang)2段，共(gong)16段，通(tong)過燈(deng)的閃(shan)亮和(he)4個數(shu)碼管(guan)顯示(shi)的罐(guan)内液(ye)體容(rong)積值(zhi)來記(ji)錄相(xiang)關液(ye)☁️位數(shu)據。其(qi)檢♌測(ce)電路(lu)原理(li)圖🐆如(ru)圖3所(suo)示。

3系(xi)統軟(ruan)件設(she)計
　　系(xi)統軟(ruan)件是(shi)利用(yong)51系列(lie)單片(pian)機集(ji)成開(kai)發工(gong)具來(lai)進行(hang)C語言(yan)🛀🏻設計(ji)，采用(yong)模塊(kuai)化設(she)計方(fang)式，由(you)系統(tong)與監(jian)控程(cheng)序一(yi)起管(guan)理執(zhi)行。系(xi)統軟(ruan)件主(zhu)要由(you)主程(cheng)序、初(chu)始化(hua)程序(xu)💛、定時(shi)中斷(duan)處理(li)程序(xu)組💁成(cheng)。其中(zhong)，系統(tong)主程(cheng)序包(bao)括A/D轉(zhuan)換⛷️子(zi)程序(xu)及顯(xian)示子(zi)程序(xu)。系統(tong)初始(shi)化後(hou)進入(ru)主循(xun)環，定(ding)時中(zhong)斷處(chu)理程(cheng)序是(shi)對74HC595的(de)輸出(chu)進行(hang)控🌈制(zhi)。系統(tong)主程(cheng)序流(liu)程如(ru)圖4所(suo)示。

4數(shu)據測(ce)試及(ji)分析(xi)
4．1測試(shi)條件(jian)
　　爲驗(yan)證本(ben)設計(ji)的可(ke)行性(xing)，基于(yu)所測(ce)液體(ti)靜壓(ya)與該(gai)液體(ti)的高(gao)👉度成(cheng)比例(li)，再将(jiang)靜壓(ya)轉換(huan)爲電(dian)壓的(de)試驗(yan)原理(li)，搭建(jian)實際(ji)的電(dian)路。用(yong)現有(you)的播(bo)種機(ji)儲液(ye)罐作(zuo)爲容(rong)器👨‍❤️‍👨可(ke)容納(na)❤️近1000L的(de)液體(ti)。其實(shi)際測(ce)量🚩高(gao)度如(ru)圖5所(suo)示。因(yin)液肥(fei)⭐與水(shui)密度(du)相近(jin)，所以(yi)用水(shui)作爲(wei)測試(shi)對象(xiang)，在正(zheng)式用(yong)液💃肥(fei)時驗(yan)證誤(wu)差，算(suan)出修(xiu)正系(xi)數，再(zai)寫入(ru)🏃單片(pian)機中(zhong)進📐行(hang)校正(zheng)。


　　首先(xian)将液(ye)位計(ji)正确(que)安裝(zhuang)于儲(chu)液罐(guan)底部(bu)，接通(tong)電源(yuan)後利(li)用💔串(chuan)有⭕流(liu)量計(ji)的電(dian)泵開(kai)始注(zhu)水，注(zhu)意觀(guan)察液(ye)位的(de)變化(hua)，待快(kuai)到預(yu)先暫(zan)定的(de)水容(rong)量處(chu)關閉(bi)電源(yuan)。此時(shi)，用萬(wan)用表(biao)讀取(qu)液位(wei)計處(chu)理後(hou)的電(dian)壓值(zhi)、記錄(lu)表示(shi)高度(du)顯示(shi)的LED的(de)燈/閃(shan)數及(ji)流量(liang)計顯(xian)示的(de)實際(ji)👣注水(shui)容量(liang)，再用(yong)米尺(chi)丈量(liang)水的(de)實際(ji)液位(wei)高度(du)。試驗(yan)結果(guo)如表(biao)1所示(shi)。
4．2數據(ju)分析(xi)
　　觀察(cha)表1的(de)數據(ju)之間(jian)存在(zai)某種(zhong)線性(xing)關系(xi)，用Mat-Lab對(dui)表1的(de)壓力(li)♉與容(rong)量及(ji)液位(wei)高度(du)數據(ju)進行(hang)一次(ci)曲線(xian)拟合(he)，如圖(tu)6所示(shi)。

　　根據(ju)圖6的(de)拟合(he)曲線(xian)，可得(de)到對(dui)應的(de)回歸(gui)方程(cheng)爲
y1=513．0775x－542．8718
y2=45．1123x－39．7716其(qi)中，x代(dai)表電(dian)壓;y1爲(wei)容量(liang);y2爲液(ye)位高(gao)度。
由(you)此可(ke)見:電(dian)壓與(yu)容量(liang)及液(ye)位高(gao)度之(zhi)間确(que)實存(cun)在良(liang)好的(de)線性(xing)相關(guan)性，且(qie)從表(biao)1中也(ye)可以(yi)看出(chu)LED燈的(de)亮、閃(shan)數☁️随(sui)液位(wei)高度(du)而變(bian)化。　　因(yin)此，一(yi)旦配(pei)比好(hao)定量(liang)的液(ye)肥，在(zai)變量(liang)施肥(fei)機工(gong)作時(shi)，可以(yi)根據(ju)✉️LED燈來(lai)判斷(duan)其液(ye)位高(gao)度，用(yong)數碼(ma)管來(lai)顯示(shi)其容(rong)量。
分(fen)析對(dui)比表(biao)2的數(shu)據可(ke)知:液(ye)位高(gao)度誤(wu)差在(zai)允許(xu)範♊圍(wei)之内(nei)，拟合(he)容量(liang)的負(fu)數除(chu)了與(yu)傳感(gan)器的(de)安裝(zhuang)位置(zhi)及📧儲(chu)液罐(guan)的☔形(xing)狀有(you)關以(yi)外，和(he)換算(suan)容量(liang)的基(ji)點(零(ling)點)也(ye)相關(guan)。因此(ci)，可以(yi)🏒重新(xin)選一(yi)個容(rong)🈚量和(he)高度(du)基點(dian)來解(jie)決。

5結(jie)論
　　以(yi)STC12C5412AD單片(pian)機爲(wei)核心(xin)的液(ye)肥檢(jian)測系(xi)統，可(ke)以動(dong)态地(di)顯示(shi)液🐉位(wei)🚶‍♀️及㊙️容(rong)量的(de)變化(hua)，實用(yong)性較(jiao)強，且(qie)成本(ben)低廉(lian)。在随(sui)機的(de)測量(liang)試驗(yan)中，節(jie)省了(le)人力(li)及物(wu)力，同(tong)時也(ye)提高(gao)了檢(jian)測的(de)效率(lü)。該投(tou)🙇🏻入式(shi)液🚶位(wei)計體(ti)積小(xiao)巧、使(shi)用👨‍❤️‍👨方(fang)便、維(wei)護💜成(cheng)本不(bu)高，優(you)于其(qi)他如(ru)超聲(sheng)波🔆傳(chuan)感器(qi)。試驗(yan)數據(ju)分析(xi)😘表明(ming):該微(wei)壓傳(chuan)感器(qi)性能(neng)♻️指标(biao)能滿(man)足較(jiao)高精(jing)度要(yao)求的(de)測量(liang)，爲液(ye)肥播(bo)種機(ji)的進(jin)一✍️步(bu)智能(neng)化奠(dian)定了(le)一定(ding)♻️的實(shi)踐基(ji)礎，對(dui)其它(ta)的液(ye)位測(ce)量也(ye)具有(you)較好(hao)的借(jie)鑒作(zuo)用。

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