1.1 研究背景

在日常生活与工农业生产中,常常会需要测量液体的液位，随着现代工业的迅速发展，液位测量技术被广泛应用到石油、化工、医药、食品等各行各业中。在教学与科学研究中，也经常碰到需要进行液位控制的实验装置。这些领域使用传统的液位测量手段已经无法满足对其高精确性的要求，近年来，计算机、微电子、传感器等高新技术不断进步，微电子工业迅速发展,单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，并在液体控制系统被广泛运用。液位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。

另外，在小型行业上,液位控制在高层小区水塔水位控制,污水处理设备和有毒,腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。基于单片机的液位检测装置具有测量准确、重复性好、功耗低、使用寿命长的特点，是广泛采用的技术。在深入学习科学发展观的同时,电子设备的设计也需融入可持续发展的设计理念。故此,在基于单片机的液位检测装置基础上,扩展实时监控、数据采集等功能,从而能够通过科学的方法将液位测量与统计科学结合,合理调度水资源,降低能源消耗。本课题从系统方案选择,硬件电路设计,系统软件等几个方面介绍了基于单片机的液位检测系统的设计过程,最终实现液位的实时检测监控。

1.2 国内外研究现状

液位测量技术在工业中的应用由来己久，应用的范围也很广泛，但一直以来，在液位测量应用领域，真正实用、安全、可靠、智能化的液位测量产品却比较少。主要因为创新技术投入较少，相关研发资金投入不足，但随着当今电子技术飞速发展，液位测量技术己经发生了翻天覆地的变化，众多高校、企业、科研院所投入大量资金研发新型液位测量装置，使得传统的机械式、机电式、光电式等液位测量技术改头换面，在未来的工业测量中显现出巨大的发展潜力。

工业中常见的液位测量主要分为接触式液位测量和非接触式的液位测量两大类，其中包括静压式测量法、超声波测量法、雷达测量法、浮体式测量法、磁致伸缩测量法等：这些测量方法各有优点和弊端。以下针对各类当今常见液位测量的方法简单作以说明:

（1）静压式液位测量法是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号。经过温度补偿和线性校正。转换成4-20mADC标准电流信号输出。静压式液位变送器的传感器部分可直接投入到液体中，变送器部分可用法兰或支架固定，安装使用极为方便，稳定性好，精度高，直接投入到被测介质中。固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长，从水、油到粘度较大的糊状都可以进行高精度测量，不受被测介质起泡、沉积、电气特性的影响，宽范围的温度补偿。具有电源反相极性保护及过载限流保护。

（2）浮球液位计是一种依靠浮力原理测量液位的方法。通常是通过浮球与刻度尺配合的方式，使观测者能够直观读取液位的高度。优点：能够快速、直观地读数;价格低廉;安装简便。缺点：精度低;安装受容器形状结构的限制比较大;不适合用于腐蚀性强、有危险性的介质;无法实现远传和调节。

（3）磁致伸缩测量法。主要测量储罐内的油水和油气的两个分界面，磁致伸缩仪器通常有二个浮子，二个浮子的密度不一样，其中一个小于罐体内油的密度，另外一个大于罐体内油的密度但小于水的密度，浮子会随着液面上下移动，分别检测二个不同的界面，即油水和油气界面，二个浮子里面都有一个磁铁，仪器的顶部会产生一个检测脉冲，沿着导波管由上向下传播，当电流磁场与浮子里的磁体产生的磁场相遇时会产生一个反馈的脉冲，知道二个脉冲之间的时间差即可确定浮子的位置，从而可知液位高度。
（4）电容式测量法。电容型的液位传感器，可看做是一个受液位影响的电容器，电容器作为探测电路的一部分，其自身可以充放电，其同轴的两个金属筒相当于电容器的两个金属板。因为液位的变化将影响传感器本身的电容器参数变化，从而间接转变了电容量的变化。优点：体积较小，容易实现远传和调节;适用于具有腐蚀性和高压介质。缺点：介质和液面上部的介电常数必须保持恒定才能准确测量;测量范围受金属棒长度限制;对容器材质有较高的要求;被测介质具有导电性。
（5）雷达液位计是通过探测自身发出的微波(波长很短的电磁波)被液面反射后的信息换算液/物面位置。优点：可以测量压力容器内液位，可以忽略高温、高压、结垢和冷凝物的影响;精度较高;与介质无直接接触;耐腐蚀性强;可在真空环境中使用;安装简便。缺点：价格昂贵;受容器几何结构和材料特性影响;容易受电磁波干扰。
（6）超声波液位计是主要利用超声波脉冲法，首先由超声波传感器发射脉冲，当脉冲遇到液体和空气的分界面时脉冲返回，返回的微弱脉冲被超声波传感器接收，通过接收电路将信号放大、滤波、末级整形后触发控制器的定时器计时，最终得到测量的渡越时间，利用相关公式可求得液位的高度。优点：与介质无直接接触;耐腐蚀性强;精度较高;安装简便。缺点：价格比较昂贵;超声波受传输媒介的气体成分影响较大;受容器几何结构特性影响较大;不适用于有气泡或悬浮物的介质;容易受电磁波干扰。

从以上几种介绍的液位测量的方法来看，各有优点和缺点，随着我国电子技术迅猛发展，科研经费的投入，越来越多的液位测量仪器投入生产，总的发展趋势有以下几点：

（1）高精度:随着很多新技术的发展和检测方法的进步，在尽量保证仪器低成本的条件下，如何达到国外顶尖的液位测量精度，成为企业和科研机构竞相追逐的目标，也成为占领市场的唯一手段。

（2）低功耗:现在我国经济的迅速发展，使我国成为一个能源消耗大国，对工业测量仪器的功耗控制也成为每个企业在研发产品时必须要考虑的问题，在强调低碳环保的今天，低功耗指标己经成为现代工业对测量设备的基本要求。