基于STM32 的高精液位测量系统的设计与实现—传感器系统设计.docx

基于STM32的高精度液位测量系统的设计与实现
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目录
TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc453860139"1应用背景 PAGEREF_Toc453860139\h2
HYPERLINK\l"_Toc453860140"1.1液位传感器的应用选择 PAGEREF_Toc453860140\h2
HYPERLINK\l"_Toc453860141"1.2液位传感器比较 PAGEREF_Toc453860141\h3
HYPERLINK\l"_Toc453860142"1.3光电式液位传感器的优势（适用场合） PAGEREF_Toc453860142\h5
HYPERLINK\l"_Toc453860143"2总体设计方案 PAGEREF_Toc453860143\h6
HYPERLINK\l"_Toc453860144"2.1系统框图与流程 PAGEREF_Toc453860144\h6
HYPERLINK\l"_Toc453860145"2.2光敏特性分析 PAGEREF_Toc453860145\h7
HYPERLINK\l"_Toc453860146"3电路设计 PAGEREF_Toc453860146\h9
HYPERLINK\l"_Toc453860147"4程序设计 PAGEREF_Toc453860147\h10
HYPERLINK\l"_Toc453860148"4.1整体程序设计 PAGEREF_Toc453860148\h10
HYPERLINK\l"_Toc453860149"4.2架构设计 PAGEREF_Toc453860149\h11
HYPERLINK\l"_Toc453860150"5结束语 PAGEREF_Toc453860150\h13
HYPERLINK\l"_Toc453860151"6参考文献 PAGEREF_Toc453860151\h13


摘要:液位检测装置广泛应用于石油、化工、医药等各个行业中。液位的采集在高精度生产控制系统当中，对控制的最终结果有决定性的影响。文章设计了一种基于STM32的高精度液位采集装置，该装置主要由控制器、光电传感器和丝杆步进电机组成，主要采用PID闭环控制算法，通过光电传感器捕捉液面位置，通过步进电机控制丝杆滑块升降，计算步进电机脉冲数得到液面所在高度。
关键词:液位检测；光电传感器；计数脉冲；PID算法；高精度.
1应用背景
液位传感器是用于探测气-液物质界面的转换装置,在国民经济各领域,如:农业灌溉、无土栽培、石油储运、化工反应、污水处理、江河治理、家用电器等有广泛的应用。
1.1液位传感器的应用选择
(1)根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要进行一个具体的测量工作，首先要考虑液位传感器采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下具体问题：量程的大小；被测位置对传感器的体积要求；测量方式为接触式或非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，是进口还是国产的；价格等等。
(2)灵敏度的选择
通常，在液位传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好，因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号才比较大，有利于信号处理，但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被系统放大，影响测量精度，因此要求传感器本身具有很高的信躁比，尽量减少从外界引入的干扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的，当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器，如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
(3)频率响应特性
液位传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有一定的延迟，希望延迟越短越好，传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。
1.2液位传感器比较
目前国内外市场上成熟的液位传感器产品有以下几类,如:压力式液位传感器、超声波液位传感器、激光液位传感器、传统浮子式液位传感器以及电容式液位传感器。
(1)压力式液位传感器，
压力式液位传感器采用静压测量原理，当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力的同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器