基于STM32的高精度液位测量系统的设计与实现-论文.pdf

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1、·60·计量测试与检定2015年第25眷第2期DOI：10．13228／j．boyuan．issnl002—1183．20140391基于STM32的高精度液位测曩系统的设计与实现肖晖(镇江市计量检定测试中心，江苏镇江212132)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、光电传感器和步进电机丝杆组成。主要采用了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，

2、计算步进电机脉冲数得到液面所在高魔。关键词：液位检测；光电传感器；计数脉冲；PID算法；高精度文献标志码：B文章编号；1002—1183(2015)02～0060一o4在现代工业生产中，经常会有液位检测的1总体设计方案需求，如发电厂、炼钢厂中锅炉汽包水位除氧器水位、汽轮机凝汽器水位、高低压加热器1．1系统框圈与流程水位等¨]，保证液位的控制精度不仅是设备安装置主要由4部分组成；摔制电路光电传全运行的保障，也是高精度计量控制的基本感器、步进电机驱动器和执行机构；如图1所示。需求。其中光电传感器由PlN结二橛管和红外发光管组课题来源于一家航空新

3、材料生产企业实际需成，执行机构由步遵电机丝杆和丝杆滑块求，该企业化学合成生产过程中的封闭金属晕器组成。需要对液位进行高精度检测，传统的方法是在示液管旁固定一个游标读数机构。根据国家标准器检定规程要求，游标读数机构的最大允许误差要小于0。llltn，通过人工滑动游标，目测其结果并记录液位高度。随着社会生产力的发展，液位检测的工作景也随之增加，传统的人工检定已经不能满足市场的需求。因此。设计一种高精度的液位传感器具有迫切的需求与现寒意义。一些科研院所设计了液位传感器来自动采集液位高度，如磁致伸缩液位计、螺杆导程转电脉冲液位计等，这些传感器虽然解

4、决了自动化的问题，但是无一避免地带来了新的问题；传感器与液体接触。参与了检定的过程，破坏了标准金属图1总体结构图量器原有的结构。而一些非接触式液位传感器又存在精度、盲区等方面的不足，如超声波传感器检测过程如图2所示。初始化时，丝杆滑块其检测盲区一般在300mm，测量准确度不超过位于丝杆顶端，发光管发出平行光束穿透玻璃示0．5％FS，无法满足高精糜液位测量的需求。液管到达光敏管，光敏管导通，控制电路发送脉结合前人的思想。设计了一种非接触式的高冲信号使丝杆转动，滑块开始下降。初始傅髯到精度液位传感器，其精度可达到0：Oltrim。本文从凹月面之

5、间是空气介质，光敏管处于持续导通状设计原理、控制算法等几个方面予以阐述。态，当光电传感器继续下降到凹月面时，凹月面作者简介：肖晖(1975一)，男，高级工程师；收稿日期：2014—12—23工业计量计量测试与检定·61·发生折射，如图2(b)所示。此时光敏管处于截响应曲线，图3(C)描述了光敏二极管的伏安特止状态，光电传感器继续下降，当到达凹月面底性曲线，图3(d)描述了光敏二极管光电流，与部时，发光管发出的光束不再发生折射，可以穿温度的特性曲线。过液体介质作用于光敏管，光敏管再次导通，此从图3中我们可以得出结论，硅管的最佳响时表明检测到液

6、位所在平面，停止发送步进脉冲应波长在800—900nm，锗管的最佳响应波长在并计算当前液面高度。1400—1500nm：。这两段光波分别落在短波近红外(SW—NIR，7000～1100nm)和长波近红外(LW—NIR，1100—2500nm)。在温度和电压不变的情况下，光电流随照度线性增加，在照度和电压不变的情况下，光电流随温度线性增加。普通的光敏二极管受到脉冲光照时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不即刻为零，这是光敏电阻的时延特性，这决定了光敏电阻不能用在快速响应的场合。光敏二极管的响应频率主要由以下3个因素

7、决定：(1)光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；(2)光生载流子在耗尽层内的漂移时间；图检测过程(3)与负载电阻R并联的结电容C所决定的电路时间常数。覃，2光敏特性分析PIN光敏二极管在PN结之间生成I型层，形图3(a)描述了光敏二极管的光电流，与照成PIN结，具有结电容小、渡越时间短、灵敏度度L的特性曲线，图3(b)描述了硅和锗的光谱高等优点l4]。其频率特性优于其他光敏元件，适反向蝴(Q)圈3光敏二极管特性曲线·62·计量测试与检定2015年第25卷第2期宜快速变化的光信号探测，因此我们选择该种光FLASH，用来存储程序。通过FSMC接口

8、驱动LCD敏二极管作为检测元件。显示和SRAM，SRAM用来存放运行时的数据。PE2检测光敏二极管是否导通，PE3控制发光管通2电路设计断。PF8、PF9和PF10引脚分别接步进