摘 要

液位和液体流速检测系统就是指对容器内液体位置高低以及液体流动速度快慢的一种测量方法。如今随着科技的发展，液位和液体流速的测量开始广泛的应用在各个方面，同时用于测量液位和液体流速的仪器开始越来越智能，越来越小巧，精确的程度较高，安全可靠。由于有广泛的需求，国内外许多专家将液位和液体流速检测系统的设计视为研究的一大课题。文中提出的多功能液位和液体流速检测系统是以单片机作为最核心的处理器件，并设计了键盘控制、LED显示、模电转换等模块。连接好电路后系统就可以测量液体的位置和流速，并通过LED数码管进行检测到的液体位置和流速数据的显示，当检测得到的数据不满足于设定值时，可以进行蜂鸣器报警，相关人员对系统问题进行改正。

关键词：单片机；液位；液体流速；模块

Abstract

Liquid level and speed measuring system is a measuring method about testing the position and speed of liquid in container. Now with the development of technology, liquid level and speed measuring begin to use widely in all kinds of situations. Meanwhile, the instruments about liquid level and speed measuring become more and more intelligential and small, and those precision and safety also become more better. Because of widely applying requirement, many experts at home and abroad regard the study of liquid level and speed measuring system as a big topic. Liquid level and speed measuring system is made of single chip microcomputer as the control core, keyboard control, LED display, analogue to digital conversion module and so all in the article. The system can test liquid level and speed after connecting circuit. Of course, it can display data of liquid level and speed by LED. The circuit will set off the alarm to warn relevant personnel when the measuring data under set point.

Keywords: Singel Chip Microcomputer; liquid level; liquid speed; module

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的与意义 1

1.2 国内外的研究现状与发展 2

1.3 课题的研究内容 3

第2章 液位和流速检测系统的方案选择 4

2.1 控制核心采用单片机控制 4

2.2 控制核心采用PLC控制 5

2.3 控制核心采用PID控制 5

2.4 本章小结 6

第3章 液位和液体流速检测系统的硬件设计 7

3.1 信息采集模块分析与设计 7

3.1.1液位数据采集 8

3.1.2 液体流速数据采集 8

3.2 A/D转换电路模块设计 9

3.3 单片机控制电路模块的设计 10

3.4 LED显示模块的设计 12

3.5 报警电路模块的设计 15

3.6 键盘控制模块的设计 15

3.7 电源控制模块的设计 16

3.8 本章小结 17

第4章液位和液体流速检测系统的软件设计 18

4.1 软件系统概述 18

4.2 液位和液体流速检测系统各模块的软件设计 19

4.2.1 键盘控制模块的软件设计 20

4.2.2 LED显示模块的软件设计 21

4.2.3 报警模块的软件设计 22

4.3 本章小结 22

第5章 结论 23

参考文献 24

附录A 多功能液位和液体流速检测系统原理图 25

附录B 部分软件代码 26

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究的目的与意义

液位和液体流速检测与自动化学科一直都息息相关，这种检测遍布我们生活中的方方面面，重点就是工业生产部分。有些企业例如化工、石油等企业会有许多装置需要检测液体位置以及流速，从而确定是否应该进行后续操作；水电各部门需要测定航道或者水库中液体的位置以及速度，从而考虑大坝等的高度与承重力；企业的生产管理部门也需要了解容器内液位以及液体流速；国防部门也需要测定飞机中的汽油以及坦克的油箱中汽油的多少即液位的高低，防止汽油不足出现难以挽回的错误。对于液位的测量来说，每个部门每个地方所需要的测量范围以及测量的精度也有所不同，有的场合需要的液位测量范围可以达到几十米，有的却小到几厘米；有的需要的测量精度比较灵敏需要精确到几毫米，有的却是几十厘米的误差也可以达到要求；有的场合关于液位和液体流量检测的环境非常温和，而有的却是十分恶劣的检测环境；有的检测要求比较低，检测起来比较简单，而有的关于液位和液体流速检测的要求却十分高，检测起来十分复杂而且容易出错。从这里我们就可以看出，进行液位与液体流速检测的研究设计理论上来说是非常有必要的。由于在各个行业的管理等部门都需要掌握容器内液体的温度、体积、高度以及流速等数据，因此一直以来对液位和液体流速检测的研究就没有停止过，希望可以找到一种价格便宜、精确度高、安全又可靠的新设备^[1]。

工业工程中一般来说有四大参数，液位测量就是其中之一。生产过程中如果严格控制好液位的测量并且可以及时进行调整，那么就可以保证生产顺利进行、产品质量良好、所需物质的消耗减少，这样很明显可以提高公司的生产效益。

如果研究出一种既便宜又精确的液位与流速检测系统不仅会使各工业企业受益，对于医学方面来讲也是一个重大的贡献。众所周知，对于医疗监护系统来说信号提取是最重要的。医护人员经常需要控制和调节液体的流速与容量，比如说生病的病人输液的时候需要控制输液管中液体滴落速度以及液量；得了尿毒症使用自动透析机时透析机中液体的储量；进行洗胃操作时冲洗的液体速度以及液量；进行中药的熬制时中药炉中所需液体的水位高度。如果这些情况中对液位测量和液体流速检测缺少监控，那么万一出现问题，可能会为医院的患者带来伤害以及出现生命危险。因此，关于液体的位置与液体流速检测的课题研究十分有必要。同时，这个系统必须满足以下要求：医护人员以及各企业的管理部门必须可以随时观测到液体的位置以及流速，也就是说要做到即时显示。当液位高度低于或者高于设定的数值或者是液体流速过快、过慢时系统可以发出报警，提醒有关人员及时处理这种情况并且采取应对措施^[2]。

1.2 国内外的研究现状与发展

对于多功能液位检测技术的研究来说，国外对于液位检测的研究比国内要早，也投入了较多的资金，因此发展比国内相对要好一点。目前很多国外的公司研制出一系列精度较高、较智能以及安全可靠的测量体系与相关产品，比如Milltronics公司研究出了一种非接触式超声波传感器，这个传感器能够测量液体的位置高度差以及液体流速，这个系统为了更好的达到效果还采用了一种增强回声的软件程序。国外关于液位测量的仪器具有一些很明显的发展特点：

生产的液位测量仪表可以很好的满足国际市场，因此在此领域具有很高的地位：著名的E H公司在很多国家比如法国、意大利、瑞士等都设有制造液位仪表的制造厂，设有分公司的地方就更加的多了。ENRAF公司同样几乎在各个国家都设有液位仪表生产与制造的相关站点，因此这些国外著名公司占据了液位测量仪表的生产主流。