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.

• Описание построения основных узлов и блоков
• Разработка алгоритма

Прочтите также:

Синтез автоматических систем регулирования с цифровыми регуляторами
Важнейшей составной частью повышения качества регулирования является автоматизация технологических средств. Большое внимание в настоящее время уделяется разработке и внедрению микропр ...

Проектирование цифровой системы управления с заданным быстродействием
Назначение системы управления Система управления предназначена для нейтрализации внешних возмущений f, приложенных к объекту, и поддерживания выходного параметра ХВЫХ равному или пр ...

Проект вычислительной сети организации
В настоящее время использование средств вычислительной техники (СВТ) составляет неотъемлемую часть жизнедеятельности любой организации. Широкое распространение получили информационные вы ...