基于ATmega8的料位计的设计

　　0　引言

　　料位计是用来检测容器内部流体或散状固体物料等充填物质位置的仪器,被检测的容器可以是常压开口容器,也可以是高压密闭容器。物料料位的检测方式大的方面可分为2种:接触式和非接触式。重锤法、浮漂法等测量方法称之为接触式,而超声波法、激光法、雷达法、射频导纳法、核射线方法等属于非接触式。

　　由于水泥生产中,生料贮罐的工况比较复杂,存在着粉尘多、结垢等诸多对物位测量的不利因素。常用的超声波或者雷达等非接触料位计,在此恶劣环境下大量灰尘粘附在超声波传感器的探头或者雷达料位计导波管管口,造成仪表在使用一段时间后,出现信号漂移而使得测量精度下降,以致无法正常测量,导致仪表故障率高、维护量大、在线检修困难,使用周期短。常用的解决办法是加入吹灰装置,但是这种方法有限,有时很难达到理想的效果,并且使得投资增加。重锤式料位计具有结构简单,抗干扰性能强,不受环境温度、湿度、粉尘浓度、磁场和运行工况的影响,能适应水泥生料仓等恶劣环境。

　　1　测量原理

　　文中设计一种重锤式料位计,由控制器和探测器构成,控制器是系统的现场控制仪表,以单片机为控制核心,实现检测传感器信号、控制电机的动作、检测信息的现场显示以及与上位机的通讯;探测器是整个检测系统的机械部分。

　　探测器的机械结构如图1所示,其中E为220 V交流电机(带减速箱,功率为60W),有红、绿、白、黑共计4个抽头,通过改变电容的连接方式来控制电机的正、反转; C为钢丝绳绞盘,D为钻孔(接近开关感应点),K为接近开关(K1为计数接近开关,K2为下限接近开关,K3为上限接近开关), B为探测重力板,F为摆动轮架,A为摆动轮,T为弹簧。X为限位开关,当系统出现故障时,探测重力板B触发X来切断整个系统的供电,达到保护系统的目的。

　　它的工作原理为:通过料位计的开始按钮或者远程计算机的控制指令,启动交流电机带动钢丝绳和重锤,在水泥生料仓内向下移动,而钢丝绳绞盘转动,触发计数接近开关K1产生脉冲,通过单片机计数;当重锤到达水泥仓中料位的顶部时,钢丝绳上的张力将迅速减小,使得弹簧拉动F作逆时针转动,触发下限接近开关K3,使其产生一低电平脉冲,单片机停止计数。单片机降最终的计数值除以钢丝绳绞盘上的过孔数,然后乘以圆盘的周长,就得到料位计的底部与水泥仓料位顶部直线间的距离。

　　2　系统硬件设计

　　2. 1　主控、显示部分设计

　　主控部分是整个料位计的核心,控制器可以选择8位单片机,也可以选择32位的ARM或者DSP处理芯片。由于产品的设计理念为在满足要求的情况下尽量降低成本,所以在比较各种微处理器芯片,从它的稳定性、驱动能力、处理速度、开发周期、外部资源等多个方面进行综合考虑,最终选择ATmega8单片机作为整个系统的控制中心。