超声液位智能控制系统分析

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摘要：阐述优化设计的超位智能控制系统，实现实时测量、无线蓝牙监控液位、智能手机显示的功能。设计的控制系统利用智能手机、HC-O8完成超声液位测量，实现蓝牙无线传输测量数据的效果。

关键词：信息技术，控制技术，液位测量，蓝牙传输

引言

电子技术在测量技术领域已被广泛应用，使自动测量能够实现达到精准性的程度。以此为基础，因为超声波具有测距精确性高、受被测介质影响干扰不大的特性，所以在多个领域中被广泛应用。对于工农业生产领域之中受到性质特殊性的影响，难以将其应用到直接接触式为主体的传感器。因此，在超声液位智能控制系统方面，它与单纯的系统之间尽管在原理方面有差距，但是在能量的转换、转化以及传递方面，能够较好地实现由超声波向电脑脉冲动转换的效果，在对于液体面进行一些特殊测量的时候，仅仅靠单片机这样的设备进行信息传统、处理以及编码等，难以达到理想化的控制功效。所以对于超声智能测试系统来讲，以它作为研究的对象，除了在工业领域应用之外，还可以在化工、农业等其他领域中得到使用，而且对于它的研究能够提升液位测量系统的测量效果，提升实时控制的效果，提升控制的精确性、准确性等能够发挥它较强的实用性价值。

1超声液位智能控制系统的设计方案

1.1系统架构

在本研究中使用的是在AT89C51单片机基础上的中央处理器作为其主体，进行液位控制工作。这一系统主要由几个模块构成：即中央处理模块、超声波测距模块、A/D转换模块、报警模块、显示模块、键盘输入模块以及电机控制模块组成，其中的核心芯片是AT89C51，使用这样的传感技术进行液位测量工作，能够有效地控制液位，使其更加准确和科学[1]。而现实中，常用的测距方法以及依据的原理有几个方面：首先要应用超声波向外界发射相应的测试目标，并且此时开始计时，然后超声波在传播过程里通常会受到目标被测物的影响，产生条件反射，在接收器接收到相应的脉冲以后，就会使计时系统停止工作，并且计时器记录下发身的目标地点、被测量物体反射回来后的时间等。除此之外，超声波的速度通常会达到340m/s，计算式为S＝vt/2，从其中的就可以测算出发送器到被测量物体两者之间的实际距离[2]。见图1。

1.2系统的工作原理

在测量方面。以运用超声波传感技术，监控变化的状况，应用超声波传感模块，对于其结果，应用A/D进行转换与处理，将其变为电信号，最后将信号传递到单片机接收器上。一旦其阈值大于或等于上限时，电机启动抽水功能，并抽出液体使液面下降的时候，在液位不及规定的高度时，电机排水泵受到发出的指令影响就会使液面进一步上升，从而达到准确、实时、科学控制的目的[3]。就电路角度来看，往往会产生三个状态，特别是在初始化，低水位、高水位以及正常水位的情况下。传感器能够根据水位状况及时传输高水平信号，同时反射给报警系统，并形成通路，为水泵注水。

1.3超声波测距模块

以超声波进行测距工作，是该系统设计中最为核心的技术，最为关键的模块。超声波采用人耳即能听到的音频为基础，在20kHz的音频时，人耳往往难以听到声波，其声波可多达到1011Hz，其中具有可传播性、可接收性、速度快等众多优点，能够达到接收反射信号的功效[4]。

2超声波位智能控制系统的硬件电路设计

2.1主控芯片

超声波位智能控制系统大都选择的控制芯片有ATMEL的AT89C51单片机，它具有灵活性的优势，而且准确性高，还具有可擦除性，通常能够反复擦除数千次，在处理数据方面具有处理速度快，集成性强的优点，特别是它具有集成CPU和RAM等资源的优点，还能够集成多个接口以及电路等复杂状况的优势，因此能够满足外设装备的应用要求[5]。

2.2超声波传感器

控制系统除了能够对于工业生产中特殊的液体进行有效测量与监控外，还能够在特殊环境中有针对性的感应环境发生的相应变化情况[6]。当前应用比较广泛的超声波传感器有以下几种：通用型传感器、宽频带型传感器、封闭型传感器、高频型传感器。因此，应用封闭性的传感器，不仅能够防止其受到封闭性空间的限制，而且在恶劣环境之下进行准确测量，保障其准确性，而且能够达到有别于其他传感器测量水平和效果的目的。2.3A/D转换电路在电路转换的系统中应用了ADC0808型号的A/D转换器，并把应用计算机与AT89C51的嵌入式接收器进行连接。

2.4显示和报警电路

显示电路包括四个数字显示器，以字母顺发光段的连接器，将其连接到微控制器上的P1端口中，分别标记1、2、3、4等四个数字管，并连接到各个控制器上的P2端口的低4位中形成有效的电路。

2.5电机控制电路

控制电机启动的时间、启动的电路结构以及控制等作用的发挥，需要用2N2219放大器，进行电磁继电器的驱动，在使用了1N4001二极管后再进行连接。通过这样的运行方式，能够最终达到干扰、影响、驱动和传输的效果，以防止对驱动电路功能效果的目的。见图2。

3结语

控制好永磁同步的电机滑模观测系统，要求对与模糊控制结合，设计出相应的模糊滑模观测器控制的有效策略[7]。它在抗干扰方面的干扰性极强，稳定性极高、数据准确性高的特点。除此之外，积分滑模控制在调适性、自适性以及控制性方面是其他系统难以比拟的，将模糊控制和和积分滑模结合在一起进行控制，不仅能够提高滑模观测器有效检测的效果，还可以提升电机转子信息的精确性，使滑模控制的准确性和稳定性减低，同时提高抗干扰能力，提升自身对于环境的适应能力[8]。因此，使用仿真对比检验的方式，能够观测、控制模糊滑模的效果，提高其应用性水平。

参考文献

[1]乔元健,李军.工业水箱液位智能控制系统设计[J].齐鲁工业大学学报,2019,33(06):59-63.

[2]王正阳.液位智能控制系统的设计与实现[D].湖南:湖南大学,2018.

[3]黄俊.高精密液位控制系统的研究与设计[J].电子设计工程,2018,26(05):90-93.

[4]刘志信,王文,郭金妹,黄小群,戴裕龙.安防报警系统在萃取液面控制中的研究与设计[J].科技与创新,2020(10):143-144.

[5]钟臻峰,金孟加,沈建新.基于分段PI调节器的模型参考自适应永磁同步电动机全转速范围无传感器控制[J].中国电机工程学报,2018,38(04):1203-1211+1297.

[6]庞科旺,马亚民.船用永磁同步电机参考模型自适应模糊控制研究[J].舰船科学技术,2018,40(03):76-80+105.

[7]王成元,夏加宽,杨俊友.电机现代控制技术[M].北京:机械工业出版社,2006.

[8]朱嵘嘉,纪志成.模糊多参考模型自适应控制及仿真研究[J].系统仿真学报,2005(12):2997-3000+3003.

作者：白琳 单位：黑龙江工商学院