液体点滴速度监控装置
摘 要
本设计为液体点滴速度监控装置,实现了对液体点滴速度的检测与控制和储液瓶中液面高度的检测报警,并且动态显示点滴速度,可以通过按键设置液体点滴速度并使用步进电机进行速度控制;为了达到较好的调整稳定度,通过软件实现控制电路的自适应调节;利用软件屏蔽检测中的异常信号;另外实现了多机通信,即一个主机站控制多个从机站和主,从机之间的数据传输.报警信号通过串行口实现从机到主机的传输,利用发光二极管和蜂鸣器实现主机的声光报警,同时从机使用数码管显示异常信息.
系统以单片机89C51为核心,使用两块系统板(主机和从机)组成有线监控系统,主机实现对从机的控制;从机通过外围电路检测储液瓶中液面高度和液体点滴速度;通过从机实现对步进电机控制以此来控制液体点滴速度.软件使用均值法处理采样信号以减小误差.
在整体方案设计中,在保证设计系统能达到的题目要求的精度和稳定度的前提下,考虑到系统的轻便性,实用性,可靠性,对电路系统进行了优化.
关键词:PID 光电传感器 步进电机 自适应 多机通信
§1方案比较,设计与论证
本系统采用模块化设计,可分为测量模块,控制模块和单片机主从通信模块.
1.1测量模块方案比较与论证
1.1.1储液瓶液面高度测量
方案一:使用拉力传感器间接测量.将拉力传感器接在滑轮和储液瓶之间,利用液面高度变化和拉力变化之间的线性关系进行间接测量.但是拉力传感器价格贵,从实用性角度考虑,在设计系统中不合适.
方案二:利用超声波测量液面高度.超声波测距准确,是一种常用的测距方法.但是在本系统存在液体产生的表面波动,使用超声波传感器检测液面会产生较大的误差,同时超声波传感器安装方位的确定也是一大难题.
方案三:使用光电传感器定点对液面进行监测.利用光在不同媒质界面的折射或反射原理,通过光电传感器接收光信号实现液面检测功能.此外,光电传感器安装方便,只需将传感器固定在储液瓶外瓶壁上即可,不需要详细计算储液瓶液面高度值,简化了外围电路结构.
综合比较上面三种方案,从实用,简便同时保证测量准确度上,使用光电传感器测量储液瓶液面高度是最理想的选择.
1.1.2液体点滴速度测量
方案一:利用光透射原理.使用光敏二极管和单向光源实现光检测.通过光敏二极管接收透射过来的单向光源的光信号,产生脉冲信号.实现框图如图1-1.
图1-1 利用透射检测点滴速度
方案二:利用光的反射原理.使用红外发光二极管和光敏三极管实现光源检测.红外发光二极管垂直于漏斗壁发送红外光,红外接收三极管依据接收到的红外光信号的强弱产生脉冲信号,通过定时采样计算出液体点滴速度.实现原理框图如图1-2.

图1-2 利用反射检测点滴速度
综合比较上面两种方案,利用透射原理来检测点滴速度时,由于储液瓶是透明玻璃瓶,从光源发射出来的光大部分反射,透射光比较微弱,这样检测信号产生误差较大,同时电路需要对微弱信号进行处理,这样就增加了电路设计上的难度;利用光的反射原理实现时,由于反射信号比较强,这样可以减小信号检测时的误差,同时电路形式要透射时情况简单.
1.2控制模块方案比较与论证
对液体点滴速度的控制,可以使用下面两种方案:
方案一:采用输液软管夹头控制点滴速度,由于夹头的控制中存在很多因素,例如橡胶粘度与液体粘度,弹簧的弹力等等,都为非线性控制量,所以如果采用夹头控制难以实现类似的线性控制
方案二:采用步动电机调整高度,这种方法通过步动电机的移步控制可以较精确的控制高度,从而实现接近线性的控制点滴的速度.
综合比较上面两种方案,使用步进电机来实现控制效果较好.
1.3主从单片机通信方案设计与论证
并行通信是数据各位同时进行传输的方式,优点在于传输速度快,但是其传输数据宽度导致通信线路复杂,由于本系统数据传输量不大,可使通信线路尽量简单才用串行通信方式.串行通信能通过同步传送和异步传送两种方式来实现.
方式一:同步传送方式.同步传送字符格式简单,其有效数据位传送速率快,但是硬件实现上比较复杂,同时对同步时钟脉冲信号的相位一致性要求很严格.
方式二:异步传送方式.异步传送方式以字符为单位一个个发送和接收的,每个字符要用起始位和结束位作为字符开始和结束的标志位.在异步传送中,字符间隔不固定,需要加空闲位等待传送,这样其完成数据传送的时间较长,异步传送优点就在于实现上简单.
综合比较上面两种方案,本系统中实现单片机与单片机之间的通信采用异步传送方式.

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