基于单片机的液体密度检测系统设计.docVIP

引 言 随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一随着社会的进步，液体密度测量技术越来越多的被应用于诸多领域，在计量、科研和工业生产中有着重要意义。对密度测量研究及其应用涉及国际间的科技交流与合作，是显示一个国家现代计量水平的重要方面。所以，对于液体密度检测仪的设计和完善有着重要的意义。 液体密度测量不仅具有很重要的意义，而且用途非常广泛，它涉及到日常生活、国民经济和科学技术等诸多领域，是科学技术发展的重要方面。对液体密度检测仪的设计和完善，具有非常重要的意义。本设计精确度高、测量速度快、测量范围广、使用方便，具有相当的实用价值。 密度的测量方法有很多种，如流体静力称量法、密度瓶法、浮计法、静、动压法、以及振动法等。本设计选用了振动法，因为其他的方法不能更简单的实现密度与电信号之间的转换。由于本设计是在单片机的基础上完成的，所以对于密度与电信号之间的转换是非常必要的。振动法是利用振筒式液体密度传感器将液体的密度参量转换成振筒的固有频率，再通过驱动电路将该频率转化成频率的电信号后，利用单片机对该信号进行测频和查表，最终显示出液体的密度值。它结构简单，工作效率较高。但是在它的工作过程中，我们遇到了一些外界因素如环境温度及外界压力等对测量的干扰。为了解决这些问题，本设计采取了温度补偿措施，还对振筒的加工材料作了一定的要求。在软件设计中采用了多次测量取平均值的方法减小了测量误差。还对所测得的频率值作了非线性处理，解决了所测值可能不能与对照表中的频率值相对应的问题。本课题是利用描述性语言设计液体密度检测系统及其在实际生活中的发展与应用。 课程研究的内容是一种在实际应用中检测液体密度系统功能的实现方法和在其实现过程中需要注意的几个问题 具体设计内容可设计为以单片机为主控制系统，执行系统为振筒式传感器， 收集信息端把从传感器得到的信息输给单片机，经单片机处理后，把结果送给显示器、控制系统。 图 1-1 液体密度检测系统的结构图 本设计要求的是以单片机作为主控制系统，执行系统为振筒式传感器，在两者之间通过接口进行数据交换时，如何保证数据的准确性和及时性，如何对传输信号进行校验等。具体内容如下： 选择一种最合适的单片机，通过硬件的设计使单片机和其他设备之间的信号 电平、传输速率保持一致。 根据所选的单片机和传感器编写一定的测频程序、查表程序和显示程序，完成传感器输出频率的测量和液体密度的显示液体密度传感器随着科学技术的发展、进步,测量方法也在不断地进步.液体密度通常可用密度计来测量,但是,近年来由于非电量电测法的迅速发展、各种传感器的广泛应用,加上有时又要进行自动测量或非接触测量,这时,电测法就显示出极大的优越性,因而广泛应用于非电量的测量和控制中.为此,我们设计、制作了液体密度传感器 2.2 振式液体密度 振筒式液体密度计是一种高精度的在线动态测量液体密度的传感器。它的敏感元件,即振动子是中空薄壁弹性。当被测液体流经它时,振动的共振频率发生变化,即振动的共振频率由液体的密度所决定,液体密度不同,它所对应的振动的共振频率也不同。因此,通过测定振动的共振频率即可求出待测液体的密度。该密度计的主要优点是:(1)可以安装在道上,连续进行液体的密度测量;(2)测量精度可达0·05%以上;(3)输出为频率信号,容易传输可以数字化显示;(4)安装简便,故障率极低。由于具有以上优点,它可应用于各个领域中如:油田的原油密度及质量计量;石化系统成品油的比重及质量;在食品工业中用来做牛奶、咖啡精等的密度控制等。 下面从该密度的测量原理、电路、设计及其应用等方面作一介绍。 测量原理液体密度传感器是用低温度系数的镍铬合金(3J58)制成的长度为L ,直径为D的中空薄壁,它的两端被固定在基座上,如图所示。由激励线圈、振动、检测线圈、放大电路组成一个反馈振荡系统。它利用振动的高品质因数,在振动的固有频率上振动。当被测液体从振动内流过时,被测液体随着振动一起振动,成为振动质量的有效部分,使振动系统的总质量生了变化,从而改变了系统的固有频率。显然,不同的液体密度将得到不同的系统固有振动频率,检测出系统的固有振动频率,即可确定被测液体的密度值。误差因素1．温