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:

    Проект устройства IPS дисплея
    Ежегодно в мире производятся тысячи устройств, передающий и принимающих информацию по беспроводным каналам, на базе этих устройств в свою очередь строятся новые сети, использующие та ...

    Термостат для теплых полов
    В настоящее время в микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс интегральных схем - микроконтроллеры, которые предназначены для встраивания в приборы различного назначения ...

    Разработка системы нумерации абонентских линий
    Прежде чем создавать системы связи со всем имеющимся оборудованием, необходимо произвести расчеты, опираясь на количество абонентов. Однако здесь нам уже необходимо рассматривать абонен ...

    Основные разделы

    2019 © Все права защищены! >> www.techeducator.ru