Разработка уровнемера для электропроводящих сред

Развитие микропроцессорной техники привело к построению на основе микроконтроллеров различных устройств промышленной и бытовой техники.

Широкая номенклатура изделий обеспечивает использование микроконтроллеров в изделиях, предназначенных для разнообразных сфер применения. Вот краткий перечень изделий, построенных на базе данных микроконтроллеров:микро-АТС; автоответчики; АОНы; мобильные телефоны; зарядные устройства; факсы; модемы; пейджеры; таймеры; системы сигнализации; измерительные приборы; счетчики воды; газа и электроэнергии; дозиметры; приборы автосигнализации; системы управления зажиганием и впрыском топлива; приборные панели и радарные детекторы; интеллектуальные датчики; системы управления электродвигателями; промышленные роботы; регуляторы температуры, влажности, давления и т. д.; схемы управления принтерами и плоттерами; сетевые контроллеры; сканеры; схемы управления аудиосистемами; системы синтеза речевых сообщений; видеоигры; системы дистанционного управления; кассовые аппараты и т. д.

Микроконтроллеры семейств PIC (Peripheral Interface Controller) объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: электрически программируемые ППЗУ, минимальное энергопотребление, высокую производительность, хорошо развитую RISC-архитектуру, функциональную законченность и минимальные размеры.

Микроконтроллеры семейств PIC12 и PIC16/17 имеют оптимальные для построения данных систем архитектуру и параметры.

Целью данной работы является создание уровнемера для электропроводящих сред.

Структура микроконтроллера

При разработке работы будем использовать микроконтроллер PIC16F876 из семейства микроконтроллеров фирмы Microchip. Рассмотрим его структуру и возможности.

Рис. 1. Микроконтроллер PIC16F876

Микроконтроллер обладает следующей периферией:

Три таймера/счётчика

таймер0: 8-ми разрядный таймер/счётчик с 8-ми разрядным предделителем;

таймер1: 16-ти разрядный таймер/счётчик с предделителем и возможностью прибавления в спящем режиме от внешнего источника;

таймер2: 8-ми разрядный счётчик с 8-ми разрядным предделителем и постделителем;

два модуля захвата, сравнения, 10-ти разрядный ШИМ;

-ти разрядный 6-ти канальный Аналогово Цифровой Преобразователь;

синхронный последовательный порт с SPI и I2C интерфейсом;

универсальный синхронно асинхронный приёмопередатчик.

Микроконтроллер построен по RISC архитектуре, имеет всего 35 простых в изучении команд, максимальная рабочая тактовая частота 20 МГц, при этом время одного машинного такта составляет 200 нс, имеет 256 байт Flash памяти данных, 368 байт ОЗУ и 8 кбайт Flash памяти программ, до 14 источников прерывания, 9-ти уровневый аппаратный стек, сторожевой таймер позволяющий перезагружать микроконтроллер при зависании программы.

Уровнемеры это устройства предназначенные для контроля или измерения уровня сред в различныхёмкостях или резервуарах, которые можно разделить на уровнемеры твёрдых (сыпучих) сред и уровнемеры жидких сред(диэлектрики и проводники). Диэлектрики- вещества такие, как бензины, масла, растворители, различные химические соединения и нефтепродукты. Так как эти вещества плохо или совсем не проводят электрического тока, то для измерения их уровня чаще всего используют датчики конденсаторного типа, состоящие из двух или нескольких электродов, погружённых в контролируемую среду. Уровень в данном случае определяется по величине ёмкости датчика. К электропроводным средам относятся кислоты, щёлочи, солевые растворы и почти всё, что содержит воду (разнообразные пищевые продукты, соки, пиво, молоко и т.д.) Для них можно использовать как ёмкостные датчики (преварительно покрыв один или оба электрода слоем диэлектрического непроводящего материала), так и резисторные (кондуктометрические).

Рассмотрим применение кондуктометррических датчиков. Они представляют собой 2 или несколько электродов, погруженных в электропроводящую среду с уровнем h (рис.2).

Рис 2

Уровень жидкости в блоке определяют по величине сопротивления датчика. Уровень обычно измеряют в относительных единицах- это или степень заполнения бака от 0 до 1, или процентное заполнение от 0 до 100%.И рассчитывают по формуле:

,

где H- общая высота датчика или резервуара. Электропроводность кондуктометрического датчика равна сумме электропроводностей отдельных частей датчика:

,

где Gж - электропроводность единицы длины жидкости, находящейся между двумя проводниками.

Как указывалось выше, часто используют не 2, а несколько электродов датчика. Зачем это нужно? Дело в том, что электропроводность различных жидкостей сильно зависит от изменения температуры. При этом температурная погрешность достигает 2 - 3% на один градус изменения температуры. А как же измерятьуровень с высокой точностью? Для этого используют компенсационный датчик небольших размеров и располагают его на днерезервуара так чтобы онпостояннонаходился в контролируемой среде. Степень заполнения определяют по отношению электропроводностей рабочего и компенсационного датчиков. При этом компенсируется погрешность изменения параметров жидкостей от изменения температуры, давления и т.д. Электропроводность компенсационного и рабочего датчиков вычисляют по формулам:

, ,

где К1 и К2- некоторые константы, определяемые геометрическими размерами датчиков. Из последних выражений выводим формулу для текущего значения уровня:

Из полученного соотношения можно предположить следующий алгоритм измерения уровня:

Погрузить оба датчика в жидкость иизмерить Gкд и Gрд

Определить отношение:

.

Текущее значение уровня определить по формуле:

,

Таким образом, предварительно нужно вычислить К3, запомнить её значение, а текущее значение уровня определять простым умножением. Для реализации алгоритма предполагается использовать микропроцессор.

    Прочтите также:

    Разработка микропроцессорной системы
    Целью данного курсового проекта является углубление знаний по аппаратным принципам построения устройств микропроцессорной техники и приобретение практических навыков по разработке микроп ...

    Режимы прохождения луча по оптическому волокну. Связь между понятиями луча и моды
    Оптическое волокно представляет собой двухслойную цилиндрическую кварцевую нить, состоящую из сердцевины и оболочки. Оболочка покрыта защитным слоем из акрилатного лака. Сердцевина леги ...

    Моделирование передающей антенны базовой станции систем подвижной радиосвязи
    В курсовой работе производится моделирование передающей антенны базовой станции систем подвижной радиосвязи. По заданным требованиям необходимо рассчитать геометрические размеры полотна ...

    Основные разделы

    2018 © Все права защищены! >> www.techeducator.ru