光学液位检测系统设计与研究
液位检测系统设计
烟台大学机电汽车工程学院机械设计制造及其自动化学院：机电汽车工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：**小组成员：**********烟台大学机电汽车工程学院机械设计制造及其自动化目录摘要 (3)第一章绪论 (4)第二章系统硬件设计 (5)2.1 系统总体功能概述 (5)2.2 核心芯片的选择 (6)2.3硬件原理图 (11)第三章系统软件设计 (16)3.1 软件功能概述 (16)3.2 主程序设计 (16)3.3 定时器T0中断服务程序 (16)3.4 A/D转换子程序 (18)3.5 LED显示子程序 (18)结论 (20)参考文献 (21)附录 (22)附录一主程序代码 (22)附录二电路图 (26)- 2 -烟台大学机电汽车工程学院机械设计制造及其自动化摘要随着社会的进步、生产工艺和生产技术的发展，人们对液位的检测提出了更高的要求。
而新型电子技术微电子技术和微型计算机的广泛应用于普及，单片机控制系统以其控制精度高，性能稳定可靠，设置操作方便，造价低等特点，被应用到液位系统的控制中来。
本文介绍了用液位检测集成芯片LM1042和A/D转换芯片A/D574A，以及AT89C51单片机作为主控元件的液位检测的原理、电路及监控程序。
用LM1042液位检测集成芯片测量液位，具有测量精度高、速度快、可靠、稳定等优点；采用单片机来控制液位信息的采集，并且计算出真实液位值，通过运算判断是否超限报警，使检测具有更高的智能性。
关键词：AT89C51 AD574A 液位检测 LM1402 超限报警- 3 -烟台大学机电汽车工程学院机械设计制造及其自动化第1章绪论本设计研究的内容和方法内容：设计某制药厂液缸内液位检测系统，本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计，自行设计电源，选用合适的液位检测传感器，检测液位，数码管显示，当液位高度太高或太低时，报警。
（可采用中断方式设计）方法：本设计经过调研，收集且分析相关技术资料，综合考虑液位检测技术发展和液位检测系统特点的基础上，提出把液位检测显示同超限报警综合的解决方案。
光学系统设计
光学系统设计光学系统设计是一项复杂而重要的任务，它涉及到光学元件的选择、布局和优化，以及系统参数的确定和调整。
在光学系统设计中，考虑到的因素有很多，包括光源的特性、光学元件的性能、系统的限制等等。
本文将探讨光学系统设计中的一些关键问题，并介绍一些常见的方法和技巧。
首先，光学系统设计的第一步是电磁波的传播。
光学系统中的光源发出一束光线，光线在经过各种光学元件（如透镜、棱镜、反射镜等）后，最终到达像平面上。
而光线的传播遵循光的物理定律，如折射、反射、散射等。
因此，在光学系统设计中，需要对光线的传播进行准确的建模和计算。
在光学系统设计中，光学元件的选择和布局是非常重要的。
不同的光学元件有不同的功能和特性，如透镜用于聚焦、反射镜用于反射等。
根据系统的需求，需要选择合适的光学元件，并合理地布局它们，以实现系统的设计目标。
例如，如果要实现高分辨率的成像，可以选择高质量的透镜，并将其放置在适当的位置。
除了光学元件的选择和布局，光学系统设计还需要考虑系统的性能和限制。
例如，光学系统的分辨率、灵敏度、动态范围等参数对系统的性能有很大的影响。
因此，在光学系统设计中，需要进行系统参数的确定和调整，以实现设计要求。
这可以通过优化方法，如遗传算法、粒子群算法等来实现。
在光学系统设计中，光源的选择也是非常重要的。
光源的特性直接影响了光线的传播和成像质量。
根据不同的应用需求，可以选择不同类型的光源，如激光器、LED等。
同时，还需要根据系统的设计要求，合理选择光源的参数，如波长、功率等。
最后，在光学系统设计中，需考虑到光学系统的误差和校准。
在实际应用中，光学系统存在一些误差，如光学元件的偏差、噪声、散射等。
这些误差会导致成像质量下降，因此，需要对光学系统进行校准。
校准可以通过相机标定、反射板法等方法来实现，以提高系统的精度和稳定性。
综上所述，光学系统设计是一项复杂而重要的任务。
在设计过程中，需要考虑到光线的传播、光学元件的选择和布局、系统的参数和限制、光源的选择、系统误差和校准等。
基于光纤传感技术的液化气罐液位监测系统设计
基于光纤传感技术的液化气罐液位监测系统设计随着液化气在生活中的广泛使用，液化气罐成为了人们生活中不可或缺的一部分。
为了保障人们的生命安全，液化气罐的液位监测显得尤为重要。
目前市面上存在着各种不同的液位监测方案，但是其中基于光纤传感技术的方案由于其高精度、低成本的特点，逐渐成为了一种备受欢迎的选择。
本文将介绍一种基于光纤传感技术的液化气罐液位监测系统的设计方案。
1. 系统概述本系统采用光纤传感技术，通过将光纤传感器置于液化气罐内侧墙面部位，将从传感器发出的光信号浸泡于罐底的液化气中，再由光电转换器接收，并将光信号等效为电信号输出，最终形成液位数据输出到监控平台上进行实时监测。
本系统确保了监测的高准确性和低成本。
2. 系统硬件设计2.1 光纤传感器的设计本系统采用的传感器为光纤浸没式液位传感器。
其主体结构如图1所示：图1 光纤浸没式液位传感器主体结构传感器的主要部件包括光纤感受器、尾纤、底部导纤管和法兰。
液位传感器的光纤感受器常采用光纤的漩涡尾纤结构，将尾部制成环形，光纤从环形的小孔中喷出，光在环周内反复发生全反射，可形成一段波长较短的浸没式光学传感元件。
本系统采用的光纤正是具有这种结构的光纤传感器。
2.2 光电转换器的设计本系统采用的光电转换器如图2所示：图2 光电转换器的主体结构光电转换器主要由光电倍增管和前置放大器构成。
光信号输入光电转换器，通过光电倍增管将光信号转换为电信号，然后通过前置放大器进行增益，并将电信号输出到液位监测平台。
3. 系统软件设计3.1 数据采集和处理本系统采用的是PC机作为液位监测平台。
PC机通过RS232串口与光电转换器进行数据交互，将光电转换器输出的电信号进行调制、放大、滤波等处理后，输出液位高度数据，并对其进行显示和存储。
3.2 系统的实时监测与报警本系统支持实时监测和报警功能，可以通过设定液位的上下限，并对触发报警的灵敏度进行精确设置，实现对液位变化的实时监测。
液体分层光学识别检测控制
液体分层光学识别检测控制
液体分层光学识别检测控制是一种利用光学技术对液体进行检
测和识别的系统。
该系统通常由光源、光学元件、图像采集器、处理器和软件等部分组成。
工作原理：
1. 光源发出光，通过光学元件（如透镜和反射镜）将光束聚焦到液体样本上。
2. 液体样本中的不同成分对光的吸收、反射和散射作用不同，导致光束在穿过样本后发生不同程度的衰减。
3. 光学元件收集衰减后的光束，并将其传输到图像采集器（如CCD或CMOS相机）。
4. 图像采集器将光信号转换为电信号，然后将其传输到处理器。
5. 处理器中的软件对电信号进行预处理、分析和识别，以确定液体样本中的成分和浓度。
6. 根据识别结果，控制系统可以执行相应的操作，例如打开或关闭阀门、调节流量等。
应用领域：
1. 化学和生物实验室：用于检测和分析化学和生物样品。
2. 制药行业：用于药物生产和质量控制过程中的在线检测。
3. 环境监测：用于检测水体中的污染物和有害物质。
4. 食品工业：用于食品生产和质量控制过程中的在线检测。
5. 其他需要液体检测和识别的领域。
优点：
1. 非接触式检测：不会对液体样本造成污染或破坏。
2. 高精度：可以对液体中的微小差异进行准确识别和测量。
3. 快速：可以快速完成检测和分析过程。
4. 可视化：可以将检测结果以图像形式呈现，方便观察和分析。
5. 自动化：可以实现自动化控制和监测。
缺点：
1. 高成本：系统成本较高，需要专业人员维护和操作。
2. 局限性：某些液体或成分可能对检测产生干扰，影响结果的准确性。
水位检测仪系统设计毕业设计论文
目录摘要 (3)一、绪论 (4)（一）单片机高塔水位控制系统 (4)（二）设计的技术要求和设计任务 (4)（三）设计背景 (4)二、单片机基础 (5)（一）单片机概述 (5)三、硬件设计 (6)（一）单片机最小系统电路设计 (6)（二）水位检测传感器的选用 (7)（三）稳压电路的设计 (7)（四）光报警电路的设计 (8)（五）继电器控制水泵加水电路 (9)（六）电源电路 (10)四、设计语言及软件 (11)（一）汇编语言介绍 (11)（二）wave6000软件介绍 (11)（三）Proteus软件介绍 (13)五、软件设计 (15)（一）系统原理 (15)（二）系统结构图 (15)（三）系统组成及原理 (16)（四）系统总原理图 (17)（五）系统总程序如下 (18)（六）低水位的程序设计 (19)（七）中水位程序设计 (19)（八）高水位程序设计 (19)（九）故障程序设计 (19)毕业设计总结 (20)致谢 (21)参考文献 (22)摘要随着社会和科技的进步，以及人们的生活标准水平逐步的提高与发展，方便的全自动控制系统生活开始逐步进入到我们的生活，单芯片微型计算机发展是其中的一个重要分支，具有高可靠性，高性能价格比，低电压，低功耗等优点，以单片机为核心的自动化控制系统已经赢得了广泛的应用范围。
本设计是基于单片机的水位检测仪系统设计。
设计系统的目的在于应用单片机的自动运行技术，使得水塔中的水位始终保持在一定范围内，以保证连续正常的供水。
本设计是以AT89C51单片机为核心部件的水塔水位检测控制仿真系统设计的，用以检测水位并进行控制、处理以及报警功能，并在Proteus仿真软件环境中仿真测试。
结果表明，设计的系统具有良好的检测和控制功能，方便移植性和可扩展性。
关键词：水位控制单片机报警一、绪论（一）单片机高塔水位控制系统在高塔的内部我们设计一个简易的水位探测传感器用来探测三个水位，即低水位，正常水位，高水位。
液位检测电路设计
引言液位测量技术是基于液位敏感元件在液位发生变化时,把能够表示液位变化且于检测的物理量变化值检测出来,再把这些物理量变化值采用相应的简便可靠的信号处理手段转换成能够用来显示的信号。
液位测量的方法根据液位敏感元件的不同有很多种。
电容式差压变送器因为结构简单、不需传动机构、动态响应好、灵敏度高、分辨力强、使用维护方便,能在恶劣的环境下工作等特点,被广泛用于各种测量场合。
差动结构的电容式变送器可以大大降低其非线性,提高其灵敏度,同时,还能有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差,加上其良好的稳定性和极好的抗过载性等特点,得到了极为广泛的应用。
本文采用差动结构的电容式变送器作为液位测量的检测元件,来实现电路的主要性能指标为：基本误差为±0.5%；负载电阻为0~600欧姆[在24V(DC)供电时]和0~1650欧姆[在45V(DC)供电时]；电源电压为12~45 V(DC)，一般为24 V(DC)。
液位检测原理构成图1第一章 液位—压差转换单元随着科学技术与生产的迅速发展，液位检测领域出现了种类多样的测量手段，并且其功能越来越完善，各项性能指标越来越适用工业生产的要求。
根据这次设计原理首先要将液位信号转化成压差的变化，这也就是本单元所要实现的功能，它是由平衡容器、压力信号导管及差压计三部分组成。
1.1 液位一差压转换原理简介差压式水位计准确测量汽包水位的关键在干水位与差压之间的准确转换，这种转换是通过平衡容器来实现的。
图1-1所示为一种常用的双室平衡容器，汽包的汽侧连通管与宽容室（也称正压室）相接；汽包的水侧连通管直接与窄容室（也称负压室）相接。
正压头从宽容室中引出，负压头从窄容室中引出。
宽容室的水位高度为定值，当水位升高时，水经汽侧连通管溢流至汽包，但水位下降时，由蒸汽冷凝来补充，当宽容室中水的密度一定时，正压头为定值。
负压头中输出压头的变化代表了水位H 的变化。
因此，由正负两个导压管得到的差压信号p ∆为图1-1 双室平衡容器（1-1）式中H ——汽包中的水位高度；1ρ——正压室中水的密度；'''ρρ、——汽包压力下饱和水、饱和蒸汽的密度； L ——汽侧、水侧连通管距离。
液位检测光纤传感器系统设计 - 副本
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或 ± 2 × 10 － 6 ． 因此从低功耗、高稳定度和低成本考 虑，采用单片机产生脉冲． 通过对单片机编程，仿真 时产生 1 kHz，50% 占空比的方波，在实际电路测试 中，频率为 998 Hz．
实际调试结果带宽为 219 Hz，中心频率为 1 013 Hz，光电探测器输出的为准周期信号，其各次谐波谱 分量位于通带之外，观测到的正弦波信号即为光脉 冲的基波分量对应的信号．
带通滤波器 的 输 出 为 正 弦 交 流 信 号，为 方 便 单 片机 A / D 采样，将交流信号按比例转换为直流电压 信号． 本系统采用 AD736 单片精密真有效值转换芯 片［8］，将带通滤波输出的交流信号按有效值运算转 换为直流信号． 实际电路中电容采用钽电解电容，电 阻采用金属膜电阻．
图 4 稳光强系统 Fig． 4 System diagram of steady light
由脉冲发生 模 块 产 生 较 为 稳 定 的 脉 冲 信 号，通 过比较放大模块和激光管驱动电路驱动 LD，背向光 检测器（ PD） 接收 LD 的光功率并将其转化为电信 号，此信号通过调理电路处理后送到比较放大模块， 与脉冲信号进行比较放大，并再次送入激光管驱动 电路，完成对 LD 光功率的稳定控制，使 LD 的光功 率在一个很小的范围内波动．
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件，膜盒中央为光滑平面，近似反射平面，为提高反 射光强度，可以在膜盒中央粘贴一个小反射镜． 水压 变化时，双膜盒的 4 个膜片均发生形变，在一定的水 压范围内，膜盒中央的位移形变量与水压的变化量 成正比，通过光纤位移探头测量膜盒中央的位移形 变量实现对水压室水压的测量，从而得知水面高度 变化量． 1. 2 光纤位移探头输出特性分析
基于超声波检测的液位监测系统设计与实现
基于超声波检测的液位监测系统设计与实现液位监测是现代化工生产、水产养殖、环境监控等领域必不可少的技术，通过对目标设备或容器中液位状态的实时监测，有助于保障系统的安全可靠性，提高生产效率，降低损失和风险。
超声波检测液位监测系统具有无损测量、响应速度快、精度高、构造简单、易于安装和维护等特点，因此在液位监测领域得到广泛应用。
本文将介绍基于超声波检测的液位监测系统设计与实现。
一、超声波检测原理超声波是指在空气、水等介质中传播的高频声波，其频率通常大于20kHz。
在液位监测中，将超声波从发射器发出，经由目标液面反射回来，最终由接收器接收和计算时间差，根据声波速度和传播时间计算出目标液位高度。
由于声波在空气和液体之间传播的速度差异较大，且会受到液体温度、密度等因素的影响，因此在实际应用中需要进行校正和温度补偿等措施，以提高检测精度和稳定性。
二、系统结构设计基于超声波检测的液位监测系统主要由发射器、接收器、控制器和显示器等组成，其中：发射器：负责发出超声波，并将其投射到目标液位上。
接收器：负责接收反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
控制器：负责处理接收到的电信号，并计算出目标液位的高度。
显示器：负责显示检测结果，可通过数字显示屏或液晶屏等方式进行展示。
在系统设计中，需要充分考虑液位监测对象的物理特性、操作环境和测量需求等因素，以确定合适的检测范围、传感器类型、信号处理方式和输出方式等参数。
三、系统实现步骤1、选购合适的超声波液位监测器，并根据用户需求进行预校验和测试，确保系统可正常工作。
2、将发射器和接收器固定在设备或容器上，保证二者相对位置固定，而且与目标液位垂直。
3、接通设备电源，将发射器向上发射超声波，经由目标液面反射回来，被接收器收到。
4、控制器接收到反射信号，计算时间差，最终根据液体声速和传播时间等参数计算出液位高度，并将检测结果输出到显示器上。
5、对系统进行定期校验和维护，以保证其长期稳定性和可靠性。
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光学液位检测系统设计与研究
随着科技的发展，越来越多的工业应用需要准确地检测液位。
传统的液位检测
方法主要包括机械式液位计、电容式液位计、超声波液位计和雷达液位计等方式，这些方法无法满足复杂工业场景下的液位检测需求。
而光学液位检测系统则具有无接触性、高精度、稳定可靠等优点，因此越来越受到工业界的青睐。
一、光学液位检测系统原理
光学液位检测系统使用的原理是测量介质表面反射光线的光强，将光强与液位
高度一一对应起来即可确定液位高度。
该系统通常采用传感器和光源分开的设计，光源照射后光线通过透镜成为平行光束，射向液体表面，反射后由接收器接收，经过光子检测后转化为电信号并传给控制系统。
二、光学液位检测系统设计要点
1. 光源选择
采用合适的光源可以提高检测系统的稳定性与准确性。
在选择光源时需要考虑
波长、带宽、亮度等因素。
通常采用LED光源，优点是工作温度低、能量消耗少、寿命长。
2. 传感器选择
传感器对液位检测系统的稳定性和长期使用有很大影响。
一般常用的传感器有
光电二极管型传感器和光电三极管型传感器。
前者具有高亮度和快速响应的优点，后者则可以在弱光环境下保持较高的灵敏度。
在选择传感器时也需要考虑检测范围、灵敏度、精度等参数。
3. 透镜设计
透镜是光学液位检测系统中不可或缺的元件，它能够使光线成为平行光束，保
证检测的精度。
透镜的设计与制造需要考虑到折射率、厚度、曲率半径等因素。
4. 声光报警装置
为了提升液位的监测效果，通常需要加装声光报警装置，系统可以在液位偏离
预设值时及时发出报警信号。
这样可以有效地预防液位不足或者泄露等情况的发生。
三、光学液位检测系统的优势
1. 非接触式检测，可以避免对液体造成污染，减少人工干预的难度。
2. 精度高，可以实现毫米级别的测量，适用于高精度要求的场景。
3. 长期稳定性好，可以进行长时间监测预警，对于液体储存量进行有效的维护
和控制。
4. 操作简便，不需要专业人员操作，具有低成本、低维护等显著优点。
四、光学液位检测系统的应用
1. 石油化工行业的油罐、储槽液位监测。
2. 饮料、食品、制药行业的物料流量、液位监测。
3. 汽车、船舶等设备中的燃油液位检测。
4. 水果、蔬菜等农产品的贮存液位监测。
5. 污水处理、水处理等行业的液位监测。
五、光学液位检测系统的发展趋势
目前，光学液位检测系统被广泛应用于各个行业，其发展趋势主要体现在以下
几个方面：
1. 系统智能化：通过软件控制实现系统的智能化，提高检测速度和准确度，同
时添加自适应功能，使系统在更各种环境下进行复杂检测。
2. 智能分析：通过数据分析和处理实现更加全面的液位检测分析，做出更高效
的液位预测和决策。
3. 无缝集成应用：光学液位检测系统逐渐实现细分领域的无缝集成，增加了大
量产业链合作的机会，扩大了应用领域。
4. 微型化/细分化：随着科技的进步，光学液位检测系统微型化趋势明显。
未
来将会有更加便携和小型的光学液位检测设备出现，以满足在不同场景、与不同尺寸液位检测的需求。
同时，发展越来越细分化的应用场景，将系统的应用局限开阔到新市场中。
光学液位检测系统具有非接触式、高精度、稳定可靠性等优点，得到越来越多
产业和应用领域的关注和应用。
随着科技的发展，它将更加智慧化、便携、微型化，不同的细分应用领域也会创造出更多的商业机会。