电容式液位传感器的实现

Vivek女子¹加以安书²

斯里拉姆工程学院电子与通信系(VLSI设计)技术硕士[VLSI]管理， Banmore Gwalior (mp)，印度
斯里拉姆工程学院电子与通信系助理教授(超大规模集成电路设计)管理， Banmore Gwalior (mp)，印度

摘要

基于电容式传感器的柴油液位测量系统的设计与实现。实现电容式传感器接口，重点是最大限度地提高与成本相关的性能，这可能是工业中非常有用的柴油传感模块。在这里，嵌入式微控制器可以做得更好，使机械系统无法合理地处理的壮举成为可能。四年多来，工业液位仪表和配件推出了紧凑型安装罐液位传感器，用于连续液位测量。介绍了柴油液位传感器用于工业中柴油液位的连续测量。本文对柴油机升油时的频率变化进行了计算

关键字

不锈钢棒，采用CRO测频，555定时器IC, 89c2051单片机，RS-232通讯

介绍

柴油油位测量仪器已问世多年。而在这里，我的动机是通过串行通信实现传感器的连续液位测量和数据在计算机上的实时显示，在计算机上连续观察数据，测量柴油液位是一项必不可少的任务。这样，就有可能通过整合各种控制活动来跟踪这些倡议的实际执行情况。因此，柴油流量控制系统实现[2]。对现有的自动液位检测方法[3]进行了描述。这种系统通常提供可视化的多层次和连续的水平指示。需要进行适当的监测，以确保柴油的可持续性得到切实实现，并与传感和自动化挂钩。这种编程[1]方法需要基于单片机的自动柴油液位传感。采用89c2051单片机作为单片机。本工作的目的是提出一种基于商用微控制器的柴油液位传感器系统的理想设计技术

基本概念

该方法将柴油机油位监测与控制系统技术集中在几个基本部件上，并将这些基本部件软聚合在一起。下面描述了一些部件的基本描述，这些描述对于设计角度非常有用。

a.rs - 232通信

用于通信，9600波特率异步串行传输速率与UART模式。通信波特率一般设置在300,600,1200,4800和9600。串行通信通常用于控制或接收来自嵌入式微处理器的数据。串行通信是I/O的一种形式，在这种形式中，开始传输的字节的位在一根导线上以定时顺序一个接一个地出现。串行通信已成为计算机间通信的标准。在本实验室中，我们将尝试使用RS232在8051和PC之间建立一个串行链路。

B.柱状图显示

对于水平指示单元，我们可以使用一些LED灯，它将用于柴油水平指示。通过柴油液位传感器触摸不同的柴油液位，LED应指示为开/关(即开:是传感器感应到柴油)。这里柴油被当作液体。该型显示指示器主要用于工业应用[6]。

•工业控制

•仪器

•办公设备

•计算机外围设备

•消费品

C.液位传感器

为了制作特殊的液位传感器，我们想介绍一些方便的材料，如不锈钢棒，90m传感器电缆，电阻等[4]。之后，我们校准了不同水平的各种频率读数。这里我们观察读数每1cm。然后我们绘制(X-Y)轴图。传感器阵列探头使用液位作为电路路径的一部分。传感器点的高度位置与所要检测的液位相对应，并且触点的制造或涂层材料不会腐蚀、氧化或与油箱中的柴油反应。雷竞技网页版传感器点可以直接插入油箱。另一侧的端子柱可以直接连接到接口板，但大多数设计人员更喜欢可以在单一位置插拔的传感器板。在油箱上钻的孔越少，泄漏和故障的可能来源就越少，但我们没有在油箱上钻孔。我们从上到下逐渐插入传感器不锈钢棒，以获得高分辨率并记录观察结果。复制同一阶段将提供所需的尽可能多的分辨率。led可以更换。

所使用的电压不应在罐内引起电解。不要积聚爆炸性气体是很重要的。一种技术是偶尔而不是实时地感知。这确保整个阵列在大多数时间都是关闭的，只在需要快速测量时才上电。此外，在不使用时，将传感器的每一侧分流到地面也不会让电荷积聚。当液位较高时，传感器频率较低。并联电容可以设置开路振荡器的基频。柴油一旦接触到探头底部，电容就会突然变化到一个较低的频率，这就开始了测量范围。随着电平的升高，更多的电容线性降低频率。在最高填充水平时，将测量最低频率。

555 IC电压控制振荡器

在大多数情况下，振荡器的频率是由时间常数RC决定的。然而，在FM、音调发生器和频移键控(FSK)等情况或应用中，频率是通过称为控制电压的输入电压来控制的。这可以在压控振荡器(VCO)中实现。VCO是一种提供振荡输出信号(通常为方波或三角波形)的电路，其频率可通过直流电压在一定范围内调整。采用施密特触发器电路切换电容充放电电流源，通过缓冲放大器输出电容上产生的三角形电压和施密特触发器产生的方波。两个输出波形都经过缓冲，因此每个波形的输出阻抗为50 f2。

一个简单的振荡器电路，如555，可以创建一个微型计算机可以测量的频率范围。555还可以用来控制脉冲宽度。一个典型的振荡器可以使用555定时器。振荡器的频率表示液位。恒流源不断地将电容式传感器充电到比较器上的参考阈值水平。当电容式传感器达到参考阈值时，比较器就会高脉冲，闭合开关，放电电容并重置计数器。这里我们使用IC555作为电压控制振荡器。

实验结果及讨论

当我们使用柴油作为流体时，频率下降非常缓慢，但在水的情况下，频率下降非常迅速。这是由于不同的介质流体和相对介电常数。我们观察到了不同级别的不同频率，也观察到了不同类型流体的不同频率范围。每一种流体都有自己的介电常数，所以相对介电常数在流体变化时就会发生变化。这里我们观察的数据考虑两种流体(水、柴油)。我们观察了每种情况下不同的频率范围。我用一根长度(150厘米)的不锈钢棒来做这个结果。我选择了圆柱形直径(1.2 cm)的单杆。绝缘电极采用聚四氟乙烯(通常称为(Teflon)绝缘电线，其公称内径和外径分别为1mm和1.5 mm[5]。我画出了水位增加和相应频率之间的图表。由于电容的变化随液面升高而增大，观察到频率随水面升高而持续降低。因此，我们在每个1(cm)尺度上连续观察数据。我们观察得非常精确。

A.柴油油位柱与频率读数

下面列出了观测结果，其中我们显示了水柱的高度和相应的频率。这里我们进行了观察这些基本的频率读数是关于油箱中液体水平的。我们在这里观察到，随着液位的增加，频率在下降，示波器记录了这些读数。这些是水的读数。我们做了四次实验当我们第一次观察到很好的频率响应时。之后发生了一些变化，甚至反应太好。这里我们显示105厘米的液位，并连续监测每厘米的频率。在观察这个记录后，我做了显示(条形图显示[6][7]，以显示油箱中流体(柴油)的水平。我们在不同的水平上有不同的频率。在记录的数据中，有些点我们观察到较大的变化。这可能是由于一些外部物理条件(温度，压力等)。 It is very sensitive so at the time of measurement we should take proper precautions.

在这里，我们将结果校准到30厘米，这些是柴油的读数。在柴油的情况下，频率逐渐下降。但在水的情况下，频率下降得非常快。我们观察到实际水平与成熟水平之间有较大的漂移。柴油油位与频率之间的曲线图

这些是观察到的。频率随着柴油浓度的增加而逐渐降低。但遇水时频率迅速下降。在所有的三项观察中没有得到更多的漂移。频率逐渐降低。由数字存储示波器记录数据。

B.实际水平与测量水平对比分析

这里我们比较了实际水平和测量水平。图中的红线表示流体的测量液位，蓝色图表示实际观察到的液位，实际液位和测量液位不再有差异。在图的起点上有一些不同，因为图的线彼此之间没有完全重叠。但是当液体的高度开始增加时，测量的高度不是完全重叠，而是非常接近。这个由于物理条件变化而产生的微小差异。它太精确了。我们以厘米为单位表示水平。图中轴为实际水平线，y轴为测量水平线，测量高度为115cm(近似)。我们使用150厘米不锈钢棒和绝缘聚四氟乙烯电缆制成的电容感应模块观察这些读数。我选择了空心圆柱形的不锈钢棒。在钻杆底部钻了一个直径为5mm的孔。在柴油的情况下，我们绘制了柴油液位图。

结论

本文所提出的工作目标是设计和实现电容式传感器接口，重点是最大限度地提高与成本相关的性能。这里我们进行了连续的水平测量。本设计考虑了一些典型应用和传感器元件。接下来，尽可能准确地描述电容式传感器的电学特性。然后，考虑了不同应用程序最重要的接口需求和性能。因此，模式的数量应该保持在最小，性能和应用范围的牺牲最小。通过对电荷转移时间常数的分析，发现积分器电流需要可编程。振荡器频率与电流成反比，可由用户设置，以优化用户特定应用的接口性能。除此之外，可编程数字分频器可用于匹配数据采集速率与物理传感器信号的带宽。最后，使用片外电容，用户可以设置所需的电容范围。 Often, capacitive sensor elements are connected to the electronic interface circuitry with long wires consisting of cables. To reduce the effects of interference, these connecting wires or cables are shielded. Provisions have to be taken to prevent the parasitic capacitances of these cables from forming direct shunting components for the sensing elements, because without such provisions any changes in these parasitic capacitances would seriously degrade the sensor-system performance. When the capacitive sensor elements are floating, i.e. when none of the terminals have been connected to ground, then they can be read by interface circuits that are intrinsically immune to stray capacitances.However, safety reasons and/or operating limitations might require one of the electrodes of the sensing elements to be grounded. Here we observed that capacitive sensing module is good but it becomes much effect due to physical environmental condition. We tried to overcome all these problems so we observed very precise and accurate result. We have successfully experiment the system in lab. Resolution is defined as the smallest reliable measurement that a system can make. The resolution of a capacitive sensing system is better and the final accuracy the measurement requires.