趙文軍

摘要：隨著計算機技術的飛速發(fā)展和普及，測試與傳感技術也迅速地得到應用。在生產過程中，應用這一系統(tǒng)可對生產現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產品質量、降低成本提供信息和手段。水位檢測是進行實時監(jiān)視水位是否安全的主要手段之一，采用電接點水位檢測方法，來判斷水位的高底，從而在數(shù)碼管中顯示出相應的高度值，并通過雙色發(fā)光二極管LED陣列對水位高度進行模擬顯示。這種水位檢測和顯示系統(tǒng)，在工業(yè)上有著廣泛的應用，是一種低成本檢測裝置。利用PIC單片機特殊的功能進行數(shù)據(jù)采集、運算、輸出，能夠使執(zhí)行速度提高許多，滿足了對于任務不繁忙的場合進行精確的檢測。

關鍵詞：水位檢測;雙色二極管

隨著計算機技術的飛速發(fā)展和普及，測試與傳感技術也迅速地得到應用。在生產過程中，應用這一系統(tǒng)可對生產現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產品質量、降低成本提供信息和手段。在科學研究瞬間物理過程的有力工具，也是獲取科學奧秘的重要手段，數(shù)據(jù)采集與處理越及時，工作效率就越高，取得的經濟效益就越大。

本設計采用電接點水位檢測方法，在每一個預定水位檢測點處，將兩個電極安裝在容器壁，使其一端能夠與沒過該點的水充分接觸，另一端引出到容器外面同檢測電路相連，兩個電極等高度并間隔一定距離。當水位沒有達到該檢測定點時，兩個電極間電阻為無窮大;而一旦水位上升到該點高度，則兩個電極同時沒于水中，由于水的導電性，兩個電極導通。通過檢測兩個電極是否導通就可以檢測水位的高度了。對15個檢測點相應有15個檢測通道，本設計運用兩片8通道的多路選擇開關CD4051，對各通道循環(huán)檢測來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。模擬水位高度由15個雙色發(fā)光二極管（LED）來完成，共分為4組。在某一特定時刻，每組LED與一個數(shù)碼管一起被選通（4組LED對應4個數(shù)碼管），兩個8位的移位寄存器74LS164級聯(lián)，將單片機送出的2個字節(jié)串行數(shù)據(jù)化為16位并行數(shù)據(jù)，分別送選通的LED和數(shù)碼管。在不同時刻，系統(tǒng)對4組LED和數(shù)碼管快速地循環(huán)掃描，最后完成顯示功能。

本系統(tǒng)是參照對小型鍋爐中的水位進行檢測和溫度檢測，然后將帶符號的水位值（低于或高于零點）用數(shù)碼管顯示出來，并通過雙色發(fā)光二極管LED陣列對水位高度進行模擬顯示。整個系統(tǒng)主要包括檢測和顯示兩個部分。水位檢測：在0mm、±10mm、±25mm、±50mm、±80mm、±120mm、±160mm、±240mm共15點基礎上，檢測水位偏離零點的大小。水位顯示：將檢測結果用數(shù)碼管顯示出來，顯示值以比實際水位的最近點為準。同時，用15個豎直排列的雙色LED陣列直觀的模擬當前水位高度，當水位沒有達到某點時相應的LED顯示紅色，達到或超過則顯示綠色。當水位低于-240mm時報警燈顯示綠色，高于+240mm時報警燈顯示紅色，當水位恢復正常值時報警燈熄滅。自動給水：通過對水位進行檢測，將檢測結果送到單片機進行數(shù)據(jù)分析，如果水位沒有達到預定的高度，那么可以進行給水;當水位達到預定的高度時，給水停止，信號燈亮。自動退水：如果水位檢測結果，超過了預定的水位，則進行退水;當水位退到預定的水位時，停止退水，且相應的信號燈亮。

水位檢測采用電接點水位檢測方法，在每一個預定水位檢測點處，將兩個電極安裝在容器壁，使其一端能夠與淹沒該點的水充分接觸，另一端引出到容器外面同檢測電路相連，兩個電極等高度并間隔一定距離。當水位沒有達到該檢測點時，兩個電極間電阻為無窮大;而一旦水位上升到該點高度，則兩個電極同時淹沒于水中，由于水的導電性，兩個電極導通，通過檢測兩個電極是否導通就可以檢測水位的高度。對于15個檢測點相應就有15個檢測通道，本設計運用兩片8通道的多路選擇開關CD4051，對各通道循環(huán)檢測來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

盡管水位檢測原理很簡單，但應用時卻不能僅僅用每路的通斷來判斷水位是否淹沒該路的電極。實際上，水的電阻因水中所含成分不同有很大的差異，例如蒸餾水就不導電，就不能用這種方法來檢測，而本設計所應用的場合經試驗測得水阻在幾kΩ到幾十kΩ不等;另一方面，空氣電阻也不是無窮大，也跟其成分有關，例如飽和蒸汽的阻值就大概在1MΩ左右。所以，不能通過判斷單片機的數(shù)據(jù)采集引腳輸入電平高低來判斷水位是否到達某點，否則，對介于高、低電平之間的電平狀態(tài)就無法做出判斷，而這種情況是可能存在的。

LED顯示模擬水位高度由15個雙色發(fā)光二極管LED來完成，共分為4組。在某一特定時刻，每組LED與一個數(shù)碼管一起被選通（4組LED對應4個數(shù)碼管），兩個8位的移位寄存器74LS164級聯(lián)，將單片機送出的2個字節(jié)串行數(shù)據(jù)轉化為16位并行數(shù)據(jù)，分別送選通的LED和數(shù)碼管。在不同時刻，系統(tǒng)對4組LED和數(shù)碼管快速地循環(huán)掃描，就完成了面板顯示的功能。本設計中使用的LED是雙色二極管。1個雙色二極管有3個引腳，引腳1、2均為信號“+”端，引腳3為GND端（信號“-”端）。數(shù)碼管及LED顯示電路如圖所示。

結論：在課題設計過程中，主要進行了如下的工作：首先，在明確設計任務后，查閱了許多的相關資料，結合本系統(tǒng)的功能要求，制定出了一整套的設計方案，繪制出了電路圖，選購了相應的元器件。其次，根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，制訂了水位檢測與溫度測量的總體軟件設計方案，并按照模塊化軟件設計方法，繪制了軟件總體流程圖及各軟件模塊的流程圖。在仿真調試過程中對硬件電路和軟件程序進行修改。最后，根據(jù)修改的電路圖定制電路板，在電路板上焊接好各相關器件，用仿真器進行了仿真實驗，對實驗數(shù)據(jù)進行了分析處理，并根據(jù)實驗結果適當?shù)匦薷牧塑浖绦蛑械南嚓P參數(shù)，以完善系統(tǒng)的整體程序。