2.1.2 传感器的组成 9

2.1.3 传感器的测量原理 9

2.2 电容—电流信号变换原理 10

3 液位计硬件电路的设计 12

3.1 系统总体设计框图 12

3.2 核心芯片的介绍 12

3.3 硬件电路各模块的设计 18

3.3.1 传感器测量电路 18

3.3.2 TLC2543与AT89S52接口电路设计 22

3.3.3 AT89S52与LCD12864及接口电路设计 23

3.3.4 AT89S52与按键接口电路 24

3.4 PCB设计 25

3.5 硬件电路总结 25

4 液位计软件程序的设计 29

4.1 软件总体结构 29

4.2 子程序模块 30

4.2.1 AD转换模块 30

4.2.2 LCD显示模块 32

4.2.3 数据运算模块 35

4.2.4 按键程序 35

4.2.5 延时程序 37

4.2.6 报警程序 38

4.3 软件程序总结 39

5 结论 40

致谢 41

参考文献 42

1 绪论

液位计是工业安全生产、科研测量和日常生活中不可或缺的测量设备。其在化工，制药等工业领域应用相当广泛。随着科学技术的飞速发展，新型设备的不断研发，液位测量技术的应用范围和测量精度得到了很大的提高。

1.1 本课题研究意义

1.1.1 课题背景

目前市场上液体流量计有很多种，其使用寿命和测量精度也各不相同。一般来说，高精度液位计是非常昂贵的。因此，设计高精度、低成本的液位计对准确测量和实时监测液位是非常重要的。

电容液位计可以通过将液位高度通过传感器及变换电路转换为电容值来测量液位的高度。其基本原理是利用电容式传感器测量的液位高度变化，从而使电容传感器的电容发生改变，因此仅检测电容传感器的电容，并且通过相应的数据处理可以得到液位的高度。电容式液位计具有成本低，结构非常简单，信号采集效果好，具有很长的使用寿命，运行稳定，恶劣工作环境下也能正常工作的特点，它在液位检测中具有非常重要的工业地位。相比于其他传感器所制成的液位计，它具有非常重要的优势。但是，电容式液位计并不是没有缺点，它存在负载能力不够强，容易引入外部干扰，测量精度低的缺点[1]。因此，电容式液位计在液位测量领域的应用并没有非常普及。主要原因是不同被测流体的介电常数不同，需要每次手动校准。相同液体的介电常数随着温度的上升或者下降而略有变化，这对于电容式液位计的精度产生较大的影响。同时，由于传感器的电容值变化量一般较小，只有几十到几百pF，很容易被寄生电容干扰，这对于精确测量来说又是非常困难的问题。

为了克服这些问题，市场上的常见电容式液位计大多数使用温度补偿或调整电容传感器的两个电极之间的距离来增加电容来克服这些问题。但是温度漂移并没有很好的线性关系，并且需要每次对不同的测量对象进行修正，补偿系数较大，因此温度补偿精度不高，操作非常麻烦。然后通过减小两个极点之间的距离，增加电容是不可取的。自由流动的液体容易粘附在极板上会影响实时测量，并可能很容易引起液位。它可能导致更大的误差和更低的精度。因此，研究一种具有自动介电常数自适应、大幅度改善温度漂移效应和减小寄生电容影响的电容式液位计具有重要的现实意义

1.1.2 国内外研究现状与水平

1.1.3 行业发展趋势

1.2 本课题方案讨论

1.2.1 传感器选择的讨论

传感器的选择，对于本课题的成功与否有着至关重要的影响，同大量资料的查询，初步有了以下三种方案：

方案一、压力液位传感器

压力液位传感器的设计原理是当液面的高度的增加或者降低时，容器底部的压力也跟着发生变化，测量敞口容器压力时，大部分是直接将传感器安置在底部。压力传感器的测量精度与压力表的精度由非常大的关系，压力表精度不够势必导致传感器精度的降低。还有很重要的一点，液体的密度必须是已知的，而且被测期间不可发生变化，要保持不变。