基于C8051F410的自调整现场感知料位计的研制

　　1 测量原理介绍

　　射频导纳物位仪表是一种从电容式物位测量技术发展起来的，防挂料、更可靠、更准确、适用性更广的物位控制技术，射频导纳中的导纳的含义为电学中阻抗的倒数。而射频即发射高频无线电波，所以射频导纳物位控制技术是通过用高频无线电波测量被测介质导纳来实现物位测量。由测量原理图可以看出中心测量杆长度直接影响测量灵敏度，中间测量杆越长，杆相对于容器壁的电容就越大，物料变化时测出的导纳变化也相应的变大。

　　2 自调整原理

　　主要数学模型：根据初始值确定4个参考点，分别为空仓上、下限值和满仓上、下限值，设为Kmax、Kmin、Mmax、Mmin，其关系为 Kmax>Kmin>Mmax>Mmin，此 4 个参考点选定由实验数据而来。如图所示

　　a：当前值在该区间内出现的最大值

　　b：当前值在该区间内出现的最小值

　　yz=(A+B)/2(初始值)

　　阈值保护区间选择为[Mmin,Kmin]，即当且仅当实时计数落入这个区间且时钟定时时间到，此时，仪表不进行阈值调整。阈值调整区间为[Mmax，Mmin]，(Kmin，Kmax)，即当且仅当实时计数落入这个区间且时钟定时时间到，此时，仪表才进行阈值调整。

　　根据上述文字得出以下公式

　　设初始阈值为yz，yz =(Kmax +Kmin +Mmin +Mmax)/4;设调整后阈值为 tzyz;设实时计数为 js，分以下7种情况说明：

　　①当且仅当 js∈(0，Mmax)时，js=Mmax，tzyz=Mmax/2+(Kmax+Kmin)/4;

　　②当且仅当js∈(Mmax，Mmin)时，tzyz=min(js(Mmin,Mmax))/2+(Kmax+Kmin)/4;

　　③当且仅当js∈[Mmin,Kmin]时，tzyz=yz

　　④当且仅当js∈(Kmin，Kmax)时，tzyz=max(js[Kmin,Kmax])/2+(Mmax+Mmin)/4;

　　⑤当且仅当js∈(Kmax，+∞)时，tzyz=Kmax/2+(Mmax+Mmin)/4;

　　⑥当 js 在[Kmax,Kmin]和(Mmin，Mmax)出现时，tzyz=MAX(js [Kmin,Kmax])/2+MIN(js(Mmin,Mmax))/2;

　　⑦当js分别属于(0，Mmax)，(Kmax，+∞)时，tzyz=(Mmax+Kmax)/2

　　3 仪表工艺结构设计

　　仪表由探测器、微处理器和输出电路等部分组成。如图所示，仪表的主机安装于铸铝材料的外壳中，探测器与主机通过固定螺纹拧在一起。这种结构保证主机防护等级，还能屏蔽外界的电磁干扰。铸铝、不锈钢和PFA材质的选取都是基于使用温度、防锈、防腐蚀、耐冲击等综合因素加以考虑的。

　　4 仪表硬件电路设计

　　仪表电路单元以单片机C8051F410 芯片为核心并少量外围电路构成，见图所示。由于仪表的使用环境都比较恶劣，电路元件选取着重考虑了使用温度要达到工业现场级的要求。另外为满足批量生产要求，尽量选取满足SMT 生产工艺要求的元件。