PIC16F873单片机在液位测量中的应用

　　1　引　言

　　磁致伸缩式液位仪是根据磁致伸缩效应、浮力原理、电磁感应、电子技术等综合技术开发的一种高精度、绝对位置测量液位仪表,测量绝对精度可达1 mm。它采用非接触测量方式,测量用的浮球和测量杆不直接接触,因而其使用寿命长、可靠性高,测量范围可达12 m,广泛应用在液位的计量与安全监测中。①

　　2　工作原理

　　磁致伸缩式液位仪表由电子测量单元、波导管、外管和磁浮子等部件组成。波导管、外管和磁浮子结构示意图如图1所示。

　　测量液位时,电子测量单元的主控制板单片机PIC16F873激发一个电流查询脉冲信号,此脉冲信号以电波速度沿磁致伸缩丝传播,电流在磁致伸缩丝周围产生的磁场遇到浮子内磁铁形成的磁场时相互迭加产生一个很强的瞬间螺旋磁场,从而使磁致伸缩丝产生扭转声波,此声波在磁致伸缩丝中以固定声速回传返回至电子测量单元,引起横焊在其上的金属镍片伸缩变形,金属镍片横穿感应线圈,此变形使线圈上的磁通量变化,在线圈上产生感应电势。电路检测到此电感应信号,计算出激发脉冲至返回脉冲的时间间隔即可测得浮子的位置,从而计算出液位。其电子测量电路工作波形示意图如图2所示。通过计算时间的间隔就可以得知液位高低。

　　由于整个测量过程是连续的并且响应时间很短(毫秒级),因此每当浮球因液位变化产生位移时,液位仪就能立刻测量位移变化。磁致伸缩丝与测量介质不接触,声波在磁致伸缩丝中传播不受介质影响,且声速恒定(3 000m/s),介质温度对磁致伸缩丝中的声速传播影响也极小,因此磁致伸缩液位测量有很高的精度和稳定性。

　　3　系统组成

　　液位测量部件分别由控制电路(单片机)、检测电路(发射脉冲、返回脉冲、放大、计数电路等组成)、显示单元、输出电路、电源电路等几部分组成。系统组成如图3所示。

　　4　电路分析

　　4.1　单片机特点

　　PIC16F873为Microchip公司开发生产的新产品。具有高性能RISC CPU,内带4KB Flash Program存储器;采用低功耗、高速CMOS Flash/EEPROROM工艺;可以重复烧录程序;带有A/D转换模块;有24个可独立编程的双向I/O接口,性价比高;无需进行存储空间扩展,在片内就可实现相关数据的存储与调用。

　　该单片机在液位仪中的功能为:脉冲信号的产生与接受、对接受到的信号进行运算处理、接受温度传感器信号并进行A/D转换;各种操作按键的设置控制、RS485通讯、PWM或电流输出功能。本文主要分析PIC16F873单片机的脉冲信号的产生与接受,以及对接受到的信号进行计数、运算处理功能。在液位测量中UM1(PIC16F873)各端口(见图4)的定义如下。