液位控制器范文第1篇
关键词：传感器；A/D转换；控制器；硬件电路
中图分类号：TP368.1文献标识码：B
文章编号：1004 373X(2009)02 051 03
Design of Liquid Level Controller Based on Single Chip Computer
ZHONG Xiaoqiang
(Zhejiang Business Technology Institute,Ningbo,315012,China)
Abstract：This paper introduces a method for the design of liquid level controller based on single chip computer,this controller combines the single chip computer with peripheral hardware circuit to achieve the control performance.The controlled liquid level can be set as needed,it also has functions of displaying the liquid level and alarming.Due to the gas pressure sensor,it possesses the feature of non－contact with the liquid,thus can be used for the liquid level control of poisonous or corrosive liquid.It can be used for the teaching or research in school,and can be put into practical applications.
Keywords：sensor;A/D conversion ;controller;peripheral hardware circuit
0 引 言
随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。
1 系统设计方案比较说明
对于液位进行控制的方式有很多，而应用较多的主要有2种，一种是简单的机械式控制装置控制，一种是复杂的控制器控制方式\。两种方式的实现如下：
(1) 简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等，这种控制形式的优点是结构简单，成本低廉。存在问题是精度不高，不能进行数值显示，另外很容易引起误动作，且只能单独控制，与计算机进行通信较难实现\。
(2) 复杂控制器控制方式。这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器,把出口压力变
成标准工业电信号的模拟信号,经过前置放大、多路切换、A/D变换成数字信号传送到单片机,经单片机运算和给定参量的比较,进行PID运算,得出调节参量;经由D/A变换给调压/变频调速装置输入给定端,控制其输出电压变化,来调节电机转速,以达到控制水箱液位的目的\。
针对上述2种控制方式，以及设计需达到的性能要求，这里选择第二种控制方式，同时考虑到成本需要把PID控制去掉。最终形成的方案是，利用单片机为控制核心，设计一个对供水箱水位进行监控的系统。根据监控对象的特征,要求实时检测水箱的液位高度,并与开始预设定值做比较,由单片机控制固态继电器的开断进行液位的调整,最终达到液位的预设定值。检测值若高于上限设定值时,要求报警,断开继电器,控制水泵停止上水;检测值若低于下限设定值,要求报警,开启继电器,控制水泵开始上水［4］。现场实时显示测量值,从而实现对水箱液位的监控。
2 工作原理
2.1 原理框图
原理框图如图1所示。
2.2 工作原理
基于单片机实现的液位控制器是以AT89C51芯片为核心，由键盘、数码显示、A/D转换、传感器，电源和控制部分等组成。工作过程如下：水箱（水塔）液位发生变化时，引起连接在水箱（水塔）底部的软管管内的空气气压变化，气压传感器在接收到软管内的空气气压信号后，即把变化量转化成电压信号；该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为0～5 V标准信号，送入A/D转换器， A/D转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出，同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是直观地显示水位高度，可任意控制水位高度。
3 硬件设计
液位控制器的硬件主要包括由单片机、传感器（带变送器）、键盘电路、数码显示电路、A/D转换器和输出控制电路等。
3.1 单片机
单片机采用由Atmel公司生产的双列40脚AT89C51芯片，如图1所示。其中，P0口用于A/D转换和显示；P1口连接一个3×5的键盘； P2口用于控制电磁阀和水泵动作； P3口用于上、下限指示灯，报警指示灯以及用于读写控制和中断等\。图2是AT89C51芯片的引脚功能说明。
3.2 传感器
传感器使用SY－9411L－D型变送器，它内部含有1个压力传感器和相应的放大电路。压力传感器是美国SM公司生产的555－2型OEM压阻式压力传感器，其有全温度补偿及标定(0～70 ℃),传感器经过特殊加工处理,用坚固的耐高温塑料外壳封装［6］。其引脚分布如图3所示。1脚为信号输出（-）；2脚为信号输出（-）;3脚为激励电压;4脚为地;5脚为信号输出（+）;6脚为信号输出（+）。
在水箱底部安装1根直径为5 mm的软管，一端安装在水箱底部；另一端与传感器连接。水箱水位高度发生变化时，引起软管内气压变化，然后传感器把气压转换成电压信号，输送到A/D转换器。
3.3 键盘电路
P1口作为键盘接口，连接一个4×4键盘。结构上采用行列方式，可定义键盘布局。结构如图4所示。
3.4 液位显示电路
液位显示采用数码管动态显示，范围从0～999（单位可自定），选择的数码管是7段共阴极连接，型号是LDS18B20。在这里使用到了74LS373 ，它是一个8位的D触发器，在单片机系统中经常使用，可以作地址数据总线扩展的锁存器，也可以作为普通的LED的驱动器件\，由于单独使用HEF4511B七段译码驱动显示器来完成数码管的驱动显示，因此74LS373在这里只用作扩展的缓冲,图5是显示电路的原理图。
3.5 A/D转换电路及控制输出
A/D转换电路在控制器中起主导作用，用它将传感器输出的模拟电压信号转换成单片机能处理的数字量。该控制器采用CMOS工艺制造的逐步逼近式8位A/D转换器芯片ADC0809。在使用时可选择中断、查询和延时等待3种方式编制A/D转换程序\。图6是A/D转换部分原理图，在接线时先经过运算放大器和分压电路把传感器输出的电流信号转换成电压信号，然后输入到A/D转换器。
控制输出主要有上下限状态显示、超限报警。另外在设计过程中预留了串行口，供进一步开发使用。
4 软件设计
液位控制器模型的软件设计框图如图7所示。
(1) 键盘程序
由于键盘采用的是4×4结构，因此可使用的键有16个，根据需要分别定义各键，0～9号为数字键，10～15号分别是确定键、修改键、移位键、加/减键、取消键和复位键。程序如下：
KEY: MOV P2,#07H ；用反转法查键
KEY1: MOV B,A ；有键按下，存键码
MOV A,P2
MOV DPTR,#TABLE
ANL A,#07H
MOV R3,#0FFH ；存顺序码单元初始化
MOV B,A
KEY2: INC R3
MOV P2,#0F8H
MOV A,R3
MOV A,P2
MOVC A,@DPTR
ANL A,#0F8H
CJNE A,KEY3 ；判键码，求顺序码
ORL A,B
MOV A,R3 ；若找到键码，存顺序码
CJNE A,#0FFH,KEY1
RET
RET ；无键按下
KEY3: CJNE A,#0FFH,KEY2；判是否查完
RET ；已查完，键码未找到，以无按键处理
TABLE:DB 0F6H,0EEH,0DEH,0BEH,7EH ；按键特征码表
DB 0F5H,0EDH,0DDH,0BDH,7DH
DB 0F3H,0EBH,0DBH,0BBH,7BH,0FFH
…
(2) A/D转换子程序
A/D转换子程序如下：
…
ADCC:PUSH ACC；模数转换程序
PUSH B
MOV DPTR,#0BFFFH
MOVX A,@DPTR；读模数转换值
MOV B,#0AH；十六/十进制转换
DIV AB
MOV DSP1,B
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV DSP2,B
MOV DSP3,A
POP B
POP ACC
SETB EA
RETI
…
值得注意的是，在用汇编语言编写控制器程序时，相对会比较麻烦，如果用C语言编写程序会简单很多，这里就不再做具体说明。
5 结 语
基于单片机实现液位控制器模型设计的关键在于硬件电路的正确构建，只有在电路准确的前提下再进行软件编程才能取得成功。
参考文献
［1］蔡黎.一种基于单片机的水位控制系统设计\.仪器仪表用户,2007,14(4):44－45.
［2］陈霞，白小军.基于单片机的液位监控系统\.武汉理工大学学报,2007,29(3):3－6.
［3］陈新昌,王万章.单片机在水位控制中的应用\.信息科技,2006(24):89－90,94.
［4］胡汉才.单片机原理及其接口技术［M］.北京：清华大学出版社,1996.
［5］刘华东.单片机原理与应用\.北京:电子工业出版社，2003.
［6］何希才.传感器及其应用实例［M］.北京:机械工业出版社，2004.
［7］董晓红.单片机原理及接口技术\.西安：西安电子科技大学出版社，2004.液位控制器范文第2篇
[关键词]连铸塞棒，自动控制，结晶器液位。
中图分类号：TF341.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0139-02
1 前言
目前炼钢厂连铸浇注方法有两种。一种开放式浇注；另外一种塞棒式浇注。两者结晶器液位的控制方法截然不同。前者通过调节拉矫机拉速来完成。后者是拉速基本保持恒定的情r下，通过控制塞棒的开启度来完成。本文着重介绍一下塞棒式浇注液位控制系统。
2 系统构成
该系统由PLC及液位检测系统，塞棒控制器及伺服比例阀，液压缸组成，其系统控制图如图1：
2.1 PLC采用西门子S5系列S5-155uCPU498机型，属于基础自动化级，直接参与生产过程的检测与控制，在本系统中，它承担着采集液位设定值，拉速设定值，实际液位设定值，塞棒位置值等数据，以及通过计算实测值与设定值进行比较，通过分析计算后发出控制信号给塞棒控制器动作，以及逻辑控制。例如，手动/自动转换，液位检测仪校空校满等数字量的采集。
2.2 液位测量仪LB352
2.2.1 结晶器液位控制子系统采用美国伯托公司制造的LB352液位检测仪，该测量仪由co-60放射源，带水冷装置的闪烁探测器LB6639W，液面测量记录仪LB352及中间接线盒等组成。采用非接触式测量原理。闪烁探测器把接收到的CO-60射线的强度变化信号转换成钢水液面高度变化信号并送给塞棒控制器进行控制。伯托LB352测量仪测量的是钢水真实液位，量程为100mm-200mm，精度为小于满量程的2%，长期稳定偏差1%以下，该测量仪安装方式为外装式，带屏蔽的放射源装置紧靠在结晶器水冷夹套外边，屏蔽铅罐在结晶器上盖的下面，能以手动方式开启或者关闭射源，闪烁探测器位于水冷夹套的另一侧。
2.2.2 该测量仪具有以下几方面的性能优点：
（1）液位检测快速，准确，并能给出与液位成正比例关系的控制信号，参与执行机构控制，故液面波动小，有助于保证铸坯表面质量，减少溢钢漏钢事故，并在主控室一级机画面对液位设定值，实际值，拉速及实际位置等变量有跟踪曲线和显示。依据这些曲线可以判断传感器、探头等故障，有利于分析原因（2）仪表放射源衰减，换包开浇零点漂移等造成的误差，具有修正功能。（3）可靠性高，伯托系统非接触式测量钢水位不受温度，灰尘烟雾，液面性质及操作人员除渣过程差异的影响。（4）坚固耐用，由于各组成部分均安装于结晶器上盖下面，所以即使钢水外溢也不会损坏伯托系统。探测器尺寸很小很容易保护。受温度、电磁场及机械方面的影响小。（5）安全性好，伯托系统的辐射很低，放射源的强度一般为40-70MBq，如此低的辐射强度是由于LB352闪烁探测器灵敏度高，操作和维修人员在伯托系统周围工作时，不需佩戴胸章剂量计，也无需采取防护措施。（6）使用维护方便，该仪内部参数一经调试，输入后就能保证系统正常运行，为了避免误操作可以用密码锁定，该系统专用PLC与基础自动化的PLC之间通过点对点通讯，操作工只需要操纵仪表面板上校空校满就能完成，只要在换断面时需完成校空校满工作，平时只需校空（更换结晶器时），每一次合上开关，液位检测仪会做系统自检，一旦有误，仪表屏会显示故障信息。
2.3塞棒控制器EMC-100
该系统内部PLC，PID处理器，编码放大调理板组成，面板上有一个调零电位器Zero，及一个调整增益旋钮Gain，该控制器随时对系统内部及硬件设备进行检测，并在面板上显示报警信号及内容。例如伺服阀及传感器均在检测之列，故障消除后也容易恢复，按所提示箭头操作即可。内部参数由5个主菜单组成，每个菜单均由若干子菜单组成，每流之间参数比较直观方便，一经设定参数将可锁定，安全可靠。它的功能主要是执行从PLC传入信号与反馈信号进行比较后发出指令信号，传给伺服阀动作，同时接收传感器的位置信号，其主接线图如图2：
2.4伺服阀和伺服缸
伺服阀是执行元件，根据塞棒控制器的指令而动作，再由伺服缸作用于塞棒机构从而调整了开口大小，改变钢液流量，保证液位平稳。
3 自控原理框图
如图（1）所示，该系统有两个闭环控制回路，一个塞棒位置控制（副回路），另外一个是结晶器的液位控制（主回路）。前者嵌套在后者内部，形成一个标准的双闭环控制系统。即串行控制系统，其控制原理方框如图（3）
4 调试及参数设定
串行控制系统的调试及参数整定必须按照先副（回路）后主（回路）的原则。即先调整塞棒控制器回路。
4.1副回路调试及参数整定。
调试步骤如下：
（1）在PLC侧，强制塞棒处于“自动”状态。
（2）从PLC强制输出“塞棒位置设定值”某一较小的值（不能大于20%）。
（3）整定塞棒控制器PIDⅡ的参数，使控制器上显示位置值=该设定值。
（4）调节零电位器，使PLC得到塞棒位置反馈值=该设定值。
（5）从PLC强制输出塞棒位置设定值某一较大的值（不能小于80%）。
（6）重复以上步骤。
（7）调节增溢电位器，使PLC得到的塞棒位置反馈值=PLC的设定值。
（8）PLC强制输出几个中间值，观察设定值是否等于反馈值，反复几次，直到两值非常接近为止。
该控制器的PID参数设定，除P、I、D这3个参数外，还有零点参考位等许多参数，这里不再一一叙述。
4.2主回路的调试及其参数的整定。
在调试主回路前，必须确保PLC的各路输入和输出信号正确无误，调试主要根据经验法对PID参数进行适当调整，以实际控制效果最佳为原则，但应当注意，从手动切换到自动必须在实际液位处于一定范围内（液位设定值的±10%）时才能进行。
另外，结晶器断面不同，PID参数也会有所不同。PLC必须在不同断面下对PID参数作自动调整，PID参数整定范围见表1
5 结语
（1）该系统经过多年运行，可靠性及控制效果令人满意，对提高铸坯质量及产量作用明显，产生的经济效益可观。
（2）对炼钢企业的连铸液位控制有推广价值，在电炉连铸改造中仍沿用该系统。
参考文献液位控制器范文第3篇
主题词：三相分离器 油气分离 油水分离 调节阀 浮子
中图分类号：P641.4+62 文献标识码：A 文章编号：
0引言
油气分离器和油气水三相分离器在油田接转站和联合站中有着广泛的应用。分离器要能保持良好的分离效果，需要对其液位和压力进行控制。本文从减小工艺流程中的节流损失、节能降耗、提高分离效率的角度，分析了传统分离器液面和压力的控制工艺，提出了一种简单可靠、降低能耗的分离器变压力液面控制方法。
1传统分离器液位和压力的控制
1.1 油气两相分离器
油气两相分离器将油气混合物来液分离成单一相态的原油和天然气，压力由天然气出口处的压力控制阀控制，液面由控制器控制的出油阀调节。
天然气出口处的压力控制阀通常是自力式调节阀或配套压力变送器、控制器、气源的气动薄膜调节阀等。出油阀通常为配套液位传感器、控制器、气源的气动薄膜调节阀或浮子液面调节器操纵的出油调节阀等。
有的油气两相分离器是用气动薄膜调节阀控制分离器的压力，用浮子液面调节器操纵出油阀控制分离器液面。
1.2 油气水三相分离器
油气水三相分离器在油井产物进行气液分离的同时，还能将原油中的部分水分离出来。随着油田的开发，油井产出液的含水量逐渐增多，三相分离器的应用也逐渐增多。结构不同，三相分离器的控制方法也不同。
(1)油气水混合物进入分离器后，进口分流器把混合物大致分成汽液两相，液相进入集液部分。集液部分有足够的体积使自由水沉降至底部形成水层，其上是原油和含有较小水滴的乳状油层。原油和乳状油从挡板上面溢出。挡板下游的油面由液面控制器操纵出油阀控制于恒定的高度。水从挡板上游的出水口排出，油水界面控制器操纵排水阀的开度，使油水界面保持在规定的高度。分离器的压力由设在天然气管线上的阀门控制。
(2)分离器内设有油池和挡水板。原油自挡油板溢流至油池，油池中油面由液面控制器操纵的出油阀控制。水从油池下面流过，经挡水板流入水室，水室的液面由液面控制器操纵的出水阀控制。
2传统分离器液位和压力控制中存在的问题
分离器定压控制中，天然气管线上的压力控制阀对天然气进行一定程度的节流，以保证分离器内压力的稳定。气量减小或者气出口处压力降低时，阀门节流程度增加；反之，阀门节流程度减小。
分离器液面控制中，油水出口阀门也对液体进行节流。液量增大时，节流程度减小；液量小时，节流程度加强，以使液面保持稳定。
为保证液量较大的情况下能够正常排液，分离器具有较高的压力。但是在液量减小时，必须通过油水出口阀对液体节流，使液面不至于降低。因此生产中，分离器一般在较高的压力下工作，液相阀门处于节流状态。
分离器压力过高影响分离器的进液，使中转站或计量站的输出口以及井口回压增高，不利于输油。目前，我国的油井多为机械采油，井口回压升高，增加了采油的能源消耗。此外，在较高压力下油中含有的饱和溶解气，在出油阀节流后，压力下降时，从油中分离出来，易使下游流程中的油泵产生气浊。因此较高的分离器压力不但影响油气的分离效率，增加生产能耗，而且影响安全生产。
3变压力液面控制
浮子液面控制器带动两个调节阀，一个调节阀控制天然气，另一个调节阀控制原油，实现原油和天然气出口处阀门的联合调节。当浮子上升时，连杆机构使气路调节阀的开口减小，油路调节阀的开口增大；反之，当浮子下降时，连杆机构将使气路调节阀的开口增大，油路调节阀的开口减小。通过改变调节阀的开度，改变天然气和原油的相对流量，对分离器的液面进行控制。这种控制方法不对分离器的压力进行定值控制，分离器的压力为天然气出口处或液体出口处的压力与天然气调节阀或液体调节阀前后的压力差之和。当气量和液量以及分离器下游压力变化时，分离器的压力是变化的，所以这种控制方法为变压控制。
3.1 变压力液面控制在油气两相分离器中的应用
进出油气分离器的液量和气量不变时，液面稳定在某一位置上；当进入分离器的液量或气量发生变化，而使液面上升时，浮子连杆机构将使天然气调节阀的开口关小，原油调节阀的开口开大，使排气量减小而排液量增大，直到进出分离器的液量和气量相等时，液面将重新稳定在一个较原来高的位置上；当进入分离器的液量或气量发生变化，而使液面下降时，浮子连杆机构将使天然气调节阀的开口开大，原油调节阀的开口关小，使排气量增大而排液量减小，直到进出分离器的液量和气量相等时，液面将重新稳定在一个较原来低的位置上。这样随着进入分离器的液量或气量发生变化，浮子连杆机构带动调节阀产生相应的动作，从而使液面保持相对稳定。
3.2 变压力液面控制在油气水三相分离器中的应用
(1)变压力液面控制在油气水三相分离中的应用，原油液面的控制与油气分离器的液面控制相同，油水界面由油水界面控制器操纵的排水阀控制。
(2)变压力液面控制在油气水三相分离器中的应用(图1)。油池的液面由其液面控制器操纵的原油调节阀和天然气调节阀控制，水池的液面由其液面控制器操纵的出水调节阀和天然气调节阀控制。
图1变压力液面控制在油气水三相分离器中的应用图
两个天然气调节阀串联在天然气的出口管线上。不论油池或水池的液面升高时，相应的浮子连杆机构都使液相调节阀开口增大、天然气调节阀开口减小，进行憋气排液。如果此时水池或油池的液面较低时，虽然相应的浮子连杆机构使液相调节阀开口减小、天然气调节阀开口增大，进行放气并对液体节流，但是由于两个天然气调节阀是串联的，它们共同作用的结果仍然是增加对天然气的节流，对分离器进行憋压，但同时增加液面过低液相的节流，减小液面过高液相的节流。
4结 语
分离器变压控制技术克服了国内外常用的定压控制技术的许多缺点，如受来液量和来气量波动的影响、分离器压力偏高等。变压力的液面控制方法可以最大程度地减小油气出口阀的节流，减小分离器的压力，提高分离效率，防止后继流程中的油泵产生气浊，并且简化了操作，提高了生产的可靠性，降低了井口的回压，具有节能降耗的作用。
参考文献
[1]集输（脱水）工石油工业出版社1996.12液位控制器范文第4篇
【关键词】单片机；液位高度处理；LCD；实时显示
1 系统硬件电路设计
本系统的设计根据单片机的控制，通过无线传输来远距离来测试液位高度并实时显示出来，我们根据单片机的控制原理，来控制相关器件的相关工作，控制液位高度的采集，数据的发射和接受，并利用51单片机把数据发送到液晶上实时显示出来，具体工作过程：
利用单片机控制无线模块，发出采集液位高度命令，等待自动应答，在测量液位高度系统收到命令后，开始采集液位高度，转化完毕以后，由单片机控制无线模块把液位高度发出去，等待自动应答。控制系统收到数据后，自动应答。收到的液位高度首先经过处理，在液晶上实时显示出来，并且发送到LCD12864上面实时显示出来，同时判读液位高度是否超过设置的告警液位高度，若是超过报警液位高度，则发送报警命令，使测试系统做出反应，例如，蜂鸣器报警，继电器断开，同时红色指示灯亮，为超过报警液位高度。若是没有超过报警液位高度，则发送正常命令，使测试系统正常工作，继电器吸合，蜂鸣器关闭，绿色指示灯亮。
另外在我们增加相应的按键控制单片机，设置报警液位高度，调节时间，可以实时观测液位高度。增加液晶处理，通过计算机来实时观测液位高度变化。
在此系统中，测试系统主要是负责采集多路数据将其送至液晶，与此同时单片机也会进行将数据转换为对应的液位高度示数在液晶上显示。测试系统主要由单片机，超声波传感器，无线模块，继电器控制系统，蜂鸣器报警系统，液晶显示电路等组成。
1.1 单片机最小系统电路设计
AT89S52单片机是现在最常用的单片机之一。它带4K字节闪烁，是高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1.2.1 液晶显示模块
液晶显示模块是128x64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标GB2312码简体中文字库（16X16），128个字符（8X16点阵）及64X254点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8—位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示，画面移位，睡眠模式等。
采用P0口来给控制数据及命令传输，因为PO口没有接上拉，我们在电路上接4.7千欧的上拉电阻，提高推拉电流的能力。
1.2.2 超声波传感器电路设计
超声波测距模块，拥有超宽的电压输入范围，功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，内带看门狗，工作稳定可靠。
1.2.3 按键控制电路
根据需要，数据需要进行相关的设置和控制，设置了这款电路，因为该电路比较简单，运用了独立键盘，来扫描每个IO口的状态，进行判断，同时我们在软件进行了消抖处理。
1.2.4 无线模块电路
NRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型 ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9 MA；接收时，工作电流只有12.3 MA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。
针对其电路要求比较高，设计难度比较大，直接选用了无线模块，该模块电路如图2所示。
1.3 测试系统电路设计
对于测量液位高度系统我们需要接受控制系统的命令，根据命令做出判断，然后让继电器有相应的动作，蜂鸣器是否报警，显示不同的指示灯代表不同的状态，
1.3.1 超声波传感器测量液位高度模块
测距工作原理：
（1）模块接收到触发信号后，自动发送8个40khz的方波，然后检测是否有信号返回。
（2）有信号返回，计算超声波发送和返回的时间间隔，最后综合计算得出当前的测试距离。
（3）当为电平触发模式时，模块将距离值转化为 340m/s时的时间值的 2倍，通过 Echo端输出一高电平，可根据此高电平的持续时间来计算距离值。即距离值为：（高电平时间*340m/s）/2。
1.3.2 继电器控制系统
根据不同液位高度，做出相应的判断，我们用继电器控制相应的电路来工作，继电器结构比较简单，如图3所示。
1.3.3 蜂鸣器报警及LED指示系统
为了更加直观，我们填加了蜂鸣器报警和LED灯来指示电路的工作。
1.3.4 无线控制模块
测量液位高度系统的无线传输电路与控制系统的一样，这里也不再叙述。
1.4 电源模块电路
在系统中需要5V的单片机供电，和3.3V的无线模块供电我们之间用了稳压模块LM7805和ASM1117分别用来提供相应的电压5V和3.3V电压，电路图如图4、5所示。
图4 LM7805提供5V电压电路
图5 ASM1117提供3.3V电压电路
2 系统测试
我们对成品进行了相关的测试，打开开发板，开发板显示当前时间，按下测试键，控制系统就向测试系统发射测试信号，测试系统收到信号后，开始进行液位高度转换，转化完毕以后然后发送红液位高度给控制系统。如此反复循环，不断发送命令和测试液位高度。我们通过加水，使液位高度升高，达到测试报警液位高度，查看反应状态。
测试结果表明，液位远程监控系统可以实现对液位高度传感器的稳定控制，测量液位高度对功能进行了扩展与创新；而且功能上分别设置了预置固定液位高度报警、手动设置液位高度报警功能和智能自动调控液位高度等，并且通过无线控制在屏幕上和液晶上实时显示出来。实现了液位高度的准确报警、实时液位高度显示及液位高度的智能控制等。
3 总结
本系统的设计方案有多种，上述方案是从多种方案中选出的最优方案，其具有功能强、成本低、元件少、精度高、可靠性好、稳定性高、抗干扰性强、执行速度快、简单易行、具有实效性、使用范围广等特点，故具有推广价值。液位远程监控系统可以实现对液位高度传感器的稳定控制，测量液位高度对功能进行了扩展与创新；而且功能上设置了预置固定液位高度报警，并且实时显示出来。该系统的设计已基本完成，各部分功能已实现。考虑到具体应用，本系统还存在诸多需要多改进之处，以后将进一步完善。
参考文献：
[1]吴戈，李玉峰.案例学单片机C语言开发[M].北京：人民邮电出版社，2008.
[2]江志红.51单片机技术与应用系统开发案例精选[M].北京：清华大学出版社，2008.液位控制器范文第5篇
关键词：液力变矩器；Simulink ；Cruise；联合仿真
中图分类号：U463.2 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）06-0009-06
Joint Simulation Based on Simulink/Cruise of 6AT’s Hydraulic
Torque Converter's Locking Performance
DING Mei-ling1，HU Fu-jian2
（1. Hefei changhe automobile Co.，LTD，Hefei 230009，China；
2. School of Machinery and automobile engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）
Abstract：According to working principles and locking conditions of hydraulic torque converter，control strategy of hydraulic torque converter equipped in 6AT is formulate. The control model of hydraulic torque converter is established by using Simulink. In order to verify the feasibility of control strategy，joint simulation was done by using Cruise and Simulink. The result of the simulation shows that the hydraulic torque converter control model is correct. The locking clutch can work in accordance with the locking conditions and also improve vehicle fuel economy and emission performance significantly. The research can provide a reference for the research of the hydraulic torque converter's locking rules.
Key words：hydraulic torque converter；simulink；cruise；joint simulation
液力变矩器是有级的液力机械式自动变速器不可缺少的组成部分，是将动力从发动机传到变速器的主要部件［1］。液力变矩器五个主要功能如下［2，3］：
（1）起到离合器的作用，将发动机输出动力传递给自动变速器输入轴；
（2）在一定范围内无级的变扭变速，可以增大发动机的转矩；
（3）在一定条件下闭锁，把发动机的动力直接传给变速器，从而提高燃油经济性；
（4）以液体为传动介质，可以起到飞轮的作用，使发动机运转更加平稳；
（5）在一定条件下，起到发动机制动的作用。
本文针对液力变矩器的闭锁规律进行研究，利用Matlab/Simulink建立液力变矩器闭锁控制模型，利用Cruise建立整车模型并进行联合仿真，对液力变矩器的闭锁控制规律的可行性进行验证。
1 液力变矩器闭锁控制规律
液力变矩器的闭锁控制，对于不同的变矩器种类有所不同。总体来说，液力变矩器闭锁控制的好坏直接影响车辆的行驶平顺性和燃油经济性。常用的液力变矩器闭锁控制规律有单参数和双参数［4，5］。
1.1 单参数
（1）车速或挡位。这种控制方案可以避免车辆在低挡、低速范围内频繁闭锁，减少离合器闭锁产生的冲击和磨损。
（2）涡轮转速。早期的离心式锁止离合器控制，涡轮转速越高，锁止效果越好。
1.2 双参数
（1）速比。这种控制方案实质就是基于泵轮转速和涡轮转速的双参数控制。
（2）涡轮转速和油门开度。不同油门开度闭锁时，涡轮转速不同，大油门时，涡轮转速高，闭锁时机推迟；小油门开度时则相反。采用这种控制方案，可以在不同油门开度下获得合理的闭锁点。
（3）车速和油门开度控制。这种控制方法和前种方案类似，区别是在一定的油门开度下，只有车速达到一定值，液力变矩器才会闭锁。
1.3 本文的控制方法
本文采用的控制方法是多参数的控制，主要控制参数有车速、挡位、制动信号、发动机冷却油温和油门开度。各个参数对液力变矩器的影响如下［3，6］：
（1）车速和挡位是保证车辆在高挡高速时闭锁，防止车辆在低挡低速情况下频繁闭锁，从而造成不必要的冲击和磨损，影响乘坐的舒适性和液力变矩器的使用寿命。
（2）汽车制动时，发动机转矩会急剧增加，引起压盘摩擦材料和壳体内端面严重打滑。频繁打滑会严重影响锁止离合器的使用寿命，而且油温上升，磨粒的增加也会影响自动变速器液压油的使用。
（3）变矩器锁止离合器作用时，液力变矩和耦合作用失效，叶轮间的介质“剪切”不存在，油温迅速下降，从而引起发动机冷却液温度下降，过低的冷却液温度会影响发动机的正常使用，因此锁止离合器作用前，必须检测发动机的冷却液温度。
（4）液力变矩器闭锁时能够提高传动系统效率，但是不恰当的闭锁也会给传动系造成一定冲击，所以在小油门开度下不适宜闭锁。
根据以上所述，本文对液力变矩器闭锁控制提出以下四点要求：
（1）汽车处在高速（50 km/h）或者3挡以上的挡位，液力变矩器允许闭锁。
（2）汽车的车轮制动器出于非工作状态，液力变矩器允许闭锁。
（3）发动机的冷却液温度不低于规定值（通常为50～60），液力变矩器允许闭锁。
（4）油门开度不小于10%，液力变矩器允许闭锁。
2 液力变矩器控制模型
本文建立液力变矩器控制模型的目的是和Cruise建立的整车模型进行联合仿真，具体以Matlab/Simulink所建立液力变矩器的控制模型代替Cruise整车模型中的液力变矩器模块。所建立的液力变矩器控制模型包括液力变矩器机械模型、闭锁控制模型以及转矩输出模型三个基本模型。由于Cruise建立的整车模型中没有发动机冷却油温信号，所以发动机冷却油温信号用信号发生器来模拟，其他的输入信号均来自Cruise建立的整车模型。液力变矩器控制模型如图1所示。
2.1 液力变矩器机械模型
2.1.1 液力变矩器原始特性图
液力变矩器的性能由泵轮扭矩系数、变矩比和效率三条曲线表示［2，6］，图2给出了液力变矩器的原始特性图。由图可知在低速比下，液力传动系统可获得较大的变矩比，随着速比的增加，变矩比减小；达到速比为1的偶合器工况时，变矩比为0；液力变矩器不能继续传递能量及转矩。在低速比时，液力变矩器效率低，随着速比增加，传递效率增加，在某一速比下达到最大效率值，当速比再增加时，效率下降直至为0。泵轮扭矩系数表征了泵轮传递发动机转矩的能力，不同系列液力变矩器的泵轮扭矩系数曲线形状各不相同。
2.1.2 液力变矩器机械模型
建立液力变矩器机械模型如图3所示，其中变速器输入转速（涡轮转速）、发动机转速（泵轮转速）和发动机转矩（泵轮转矩）信号从建立的Cruise整车模型获取。通过发动机转速和变矩器输入转速可计算得到液力变矩器速比，根据表1给出的液力变矩器速比、变矩比和效率创建二维look-up表，根据计算所得的液力变矩器速比，在look-up表中查出对应的变矩比和效率，从而进一步计算液力变矩器的涡轮输出转矩。
2.2 闭锁控制模型
对液力变矩器进行闭锁控制，可以明显改善车辆的燃油经济性和排放性能。本文利用制动、发动机冷却油温、车速、挡位和油门开度等信号建立闭锁控制模型如图4所示。首先判断制动信号、发动冷却油温和油门开度是否满足上文提出的闭锁控制要求，如果满足则触发闭锁子模块，闭锁子模块以挡位和车速作为输入参数，利用Stateflow建立逻辑模型，当挡位大于3挡或者车速大于50 km/h时，闭锁模块向执行结构发出闭锁信号，液力变矩器闭锁；在此为了避免由于速度波动而引起的频繁换挡，当车速低于40 km/h时，才发出解锁信号，液力变矩器解锁。同时还设置了延迟，只有条件在5个仿真步长内始终为真，才执行相应的动作。
2.3 转矩输出模型
建立转矩输出模型如图5所示。输出转矩模型主要检测闭锁信号，如果闭锁信号为1则由液力变矩器机械模型中输出的理论涡轮转矩不能输出，因为此时液力变矩器已经处于闭锁状态，液力变矩器输出转矩应该等于发动机输出转矩。
3 Simulink与Cruise联合仿真
3.1 Simulink与Cruise的连接
Cruise中提供了两种方法，可以将Simulink与Cruise进行无缝连接。
方法一，利用Cruise中提供的DLL模块将建立的模型与Cruise进行连接，首先将建立的模型利用RTW模块转化成C代码，再利用VC++将C代码建立成动态连接库，即DLL文件，最后将所建立的DLL文件加载到Cruise中的DLL模块中即可；
方法二，利用Cruise中提供的API模块将建立的模型与Cruise进行连接。后者与前者相比，只要将建立的Simulink模型直接加载到Cruise中的API模块中即可。所以本文中利用Cruise中提供的API模块将建立的模型与Cruise进行连接。
3.2 联合仿真模型
Cruise建立的整车模型，主要部件有车轮、制动器、发动机、变速器、驾驶室、液力变矩器、分动器，控制组件主要是换挡控制模块，其中各种参数都按照试验车辆实际技术参数进行设置。Cruise软件建立的整车模型是按照实际车辆的机械和电气连接将各组件连接起来，通过对各模块相关参数进行设置可以模拟实际车辆的运行状态。
本文利用Cruise和Simulink进行联合仿真［7，8，9］，利用API模块将液力变矩器控制模型加载到Cruise的整车模型中，代替原有的液力变矩器模型，由于API模块无法建立机械连接，所以在发动机输出端和变速器输入端使用Flange模块即扭矩控制模块，来实现液力变矩器与整车的机械连接，把Flange17的输出扭矩作为API的输入转矩，再将API的输出转矩输入给Flange18作为变速器的输入转矩。其中API中的输入控制信号可从与Cruise中相关部件通过电气连接获取。本文所建立的联合模型如图6所示。
3.3 联合仿真结果
试验车辆基本参数如表2所示：
本次试验利用Cruise建立的整车模型来模拟实际车辆的行驶环境，并且利用Simulink建立的液力变矩器控制模型，代替原来Cruise中简单的液力变矩器模块，实现对液力变矩器的闭锁控制。建立液力变矩器控制联合仿真模型如图6所示，实验中利用UDDS工况进行仿真，检测液力变矩器控制模型的可行性，仿真结果如图7所示。
图7中给出的仿真过程中制动踏板信号、油门开度信号、发动机冷却油温、车速以及闭锁信号的变化情况。其中闭锁信号为0，表示闭锁离合器不闭锁，液力变矩器为机械传动；闭锁信号为1，表示闭锁离合器闭锁，液力变矩器为机械连接。
由仿真结果可以得出，当车辆的运行状态满足上文所述的闭锁要求时，液力变矩器才允许闭锁，并且由于在Stateflow中设置闭锁延迟，可以保证液力变矩器不会发生频繁的解锁和闭锁。由第2次闭锁为例，运行到210 s左右，无制动信号、油门大于10%、发动机冷却油温50 ℃、挡位4挡、车速76 km/h，符合闭锁条件，闭锁离合器闭锁；第2次解锁，运行到290 s左右，虽然挡位、车速、发动机冷却油温、制动踏板开度等均满足闭锁条件，但是油门开度低于下限值，为了防止锁止离合器闭锁时产生不必要的冲击，所以闭锁离合器解锁。
4 结束语
本文利用Simulink/Cruise建立液力变矩器控制模型，并进行联合仿真。利用UDDS工况进行仿真试验，验证建立的液力变矩器控制模型符合制定的闭锁控制策略。在液力变矩器达到闭锁条件时，闭锁离合器闭锁，形成机械连接，动力直接经发动机传递给变速器，这样可以提高液力变矩器的工作效率，充分发挥液力变矩器的动力性，提高燃油经济性。
参考文献：
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