基于C51单片机的光纤液位仪的设计

　　1　引　　言

　　液位传感器作为检测液体高度信息的仪器,在工业和日常生活中有着重要而且广泛的用途。在工业测量中,不仅要考虑仪器的精度等级、灵敏度和稳定度等技术指标,某些场合下还应当保证它具有防火防爆性能。

　　光纤液位仪以光电技术为基础,将测量信息以光信号形式取出,传感器与被测物无电的联系,其最大特点是防火防爆,因此非常适用于石油化工等领域。

　　2　工作原理

　　光纤液位仪由4个部分组成:(1)机械浮筒跟踪液位系统;(2)光学编码与光纤传输系统;(3)单片机计数和辨向系统;(4)按键、显示和通讯系统。系统框图如图1所示。

　　2.1　机械浮筒跟踪液位系统

　　测量系统装有浮动机构,液位的升降引起浮筒的上下运动,并带动码盘旋转,将线位移转化为角位移。码盘旋转角度的大小反映液位高度的变化大小。

　　2.2　光学编码与光纤传输系统

　　光学编码盘上均匀地刻着若干齿条,并在码盘的两侧装有两对光发射和接收装置,码盘的转动导致光的通断交替变化,该信息由光纤传送到远方的信号处理单元,经光电转换变成电脉冲信号。

　　2.3　单片机计数和辨向系统

　　用两路光纤判断液位变化的方向。两路光信号分别被转换成电信号[1],经整形和逻辑电路后产生两路有90°相位差的信号。

　　设计中,单片机通过两个外部中断来检测液位变化。当光码盘正转时,单片机中断口INT0为高电平,表示接收到方波脉冲信号;当光码盘反转时,单片机中断口INT1为高电平,表示接收到脉冲信号。单片机系统实现对脉冲的加减计数。最高计数可以达到32768个,设定光码盘产生一个脉冲代表液位变化1mm,该系统可以检测出32.768m的深度变化。

　　2.4　按键、显示和通讯系统

　　此系统设有六个手动按键,通过按键可以实现密码保护、修改液位值、关闭报警声等功能。在按键的同时,八段数码管会有相应的数值显示,用户可由此读出相关信息。条形光柱形象地显示液位高度。C51单片机与上位机的通讯通过RS232口实现。

　　3　软件设计

　　系统的软件工作流程如图2、图3所示。

　　首先进行的是液位超限检测,一旦液位值超出规定的上下限时,系统会通过闪灯和峰鸣器报警。设定串口为工作模式1,计时器1工作于模式2,波特率为9600 bps。当系统接收到PC机发出的通讯请求后,依次发送出液位值的BCD码值[2]。

　　按键扫描主要针对系统上的手动按键,如有按键操作,存储相应的按键代号,在按键处理部分根据按键代号进行相关的操作和显示。代码0表示移位键,1表示数值加1,2表示数值减1,3表示声音报警处理键,4表示闪灯报警处理键,5表示命令确认键。