[K-简易多功能液体容器] 重庆赛区 K题 简易多功能液体溶液

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查看: 2152回复: 6 发表于 2019-8-18 22:11:08   只看该作者
赛题要求的基础部分能完美的做出来,发挥部分因为程序和调试的原因,暂时都在跳动,不平稳,后期会不断的修改与优化。现在所拥有的程序和论文在下面的附件中。图好像搞不出来,就不弄了哈,但在附件中有,有需要的可以下载。
简易多功能液体容器(K题)
摘要简易多功能液体容器由Arduino 为主控制器,通过 AD 采样,对液位、重量进行采样,然后通过方差和期望值进行数学运算,在芯片内部对采样的数值等指标进行分析和处理,然后通过高分辨率的 LCD12864 测试处理后的数据进行显示。该系统能够精确测量的液位高度范围为 0.00CM-35.00CM ,其称重重量范围为 0g-1kg 也可以对不同的液体进行测量和分辨,可分辨水、食盐水、糖水和牛奶。测量液位和重量精确度高达 1%,并且能够准确的分辨液体种类,是理想的简易多功能液体容器的解决方案。
关键字:方差 液位 重量 种类
ABSTRACT: This simple multi-functional liquid container is controlled by Arduino. The liquid level and weight are sampled by AD sampling, and then the samples are analyzed and processed by variance and expectation. Then the data after testing are processed by LCD 12864 with high resolution. It is displayed. The system can accurately measure the height of liquid level in the range of 0.00CM-35.00CM, and its weighing range is 0g-1kg. It can also measure and distinguish different liquids, and can distinguish water, salt water, sugar water and milk. The accuracy of measuring liquid level and weight is as high as 1%, and it can accurately distinguish the types of liquids. It is an ideal solution for simple multifunctional liquid containers.
Keyword: Variance  Level   Weight   Category
1、方案比较与论证
1.1、液体液位的论证与选择
方案一:采用UQZ-17LX液位测量传感器模块直接进行测量,将液位传感器直接深入到容器内部,并且固定于容器器壁,通过AD采样,测得内部高低压力室的不同压力,然后将测得的数据送到单片机
方案二:采用INSIGHT-60激光测距传感器,利用激光测距良好。的抗干扰性和很高的精度,通过雪崩二极管测得时间,进而在单片机上计算出测试器到液面的高度,从而算出液体液位。
方案三:采用HC-SR04超声波传感器,确定超声波与容器底部的高度,然后通过测试,测试出超声波和液面的距离,在单片机的帮助下对测试的数据进行处理。
对以上方案进行比较,利用传感器实现液位测量,液位传感器精度不够高安装与容器内不符合要求;而采用激光测距,在液体中光线容易发散,并且在短距离测试时误差大;而采用方案三进行测距,这是目前较为成熟的一种高精度测距方案,团队成员也对其的性能很熟悉,可以在应用上得到升华。因此我们选择的是方案三。
1.2液体重量的论证与选择
方案一:采用HX711压力传感器,将此装置安装与外部搭建的框架中,在经过去皮之后,对量筒内的液体进行AD采样,将测量过后的数据发送至单片机。
方案二:采用天平和摄像头的组合装置,摄像头通过采集天平的读数,将采集到的数据发送到单片机,通过单片机的处理将数据输出。
通过与同类型其它芯片相比,该芯片HX711集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。所以我们选择方案一。
1.3显示部分设计方案
方案一:采用八位共阴极 LED 数码管进行显示,利用单片机串行口的移位 寄存器工作方式,外接 MAX7219 串行输入共阴极显示驱动器,每片可驱动 8 个 LED 数码管。
方案二:采用点阵字符型 LCD 液晶显示,可以显示数字与阿拉伯字母等字 符,随着半导体技术的发展, LCD 的液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场 合。
比较这两种方案,数码管显示驱动简单,但显示信息量少,功耗大;利用液 晶显示可以工作在低电压、低功耗下,显示界面友好、内容丰富,综合考虑,选 LCD来实现显示功能
2、系统设计
2.1系统设计总体方案
根据题目要求,总体设计方案如下:将交流电 220V 送进隔离变压器,一级输出 12V 交流电。通过整流滤波,将交流电转为直流电,进行 DC-DC 降压。主DC-DC 实现的降压值为 5V,用于给单片机控制系统供电。副DC-DC实现的降压值为+12v和,用于给各个采样单元供电。 通过一键启动对各个单元进行供电,并由AD对各个单元的数据进行采样,通过单片机内的算法对输入值进行输出,并且在液晶屏上显示出各个数据。

3电路与程序设计
3.1单元电路设计
3.1.1平均值检测液体种类电路的设计
该电路由一个二极管2AP30和一个电容构成。其原理图如所示。输入电压加到该电路中,正半周时二极管导通,对电容充电,对应一个电压值;负半周时二极管截止,电容放电。因充电时间小,而放电时间常数很大,故运放输入端加进的是一个脉动直流源。经直流放大器后,输出一个大约几伏的直流电压U0U0与给出峰-峰值电压的关系曲线通过实验得到,如图所示。然后将输出电压经AD转换后就可以直接测得电压平局值。
3.1.2整流稳压电路
整流稳压电路如图所示,由于运放LM358 的工作电压是+12V,其它各芯片工作电压为+5V,输入电压为+15~20V,因此选用LM7812和LM7805将电压稳压到+12V和+5V。芯片的输入输出端与地之间连接大容量的滤波电容,靠近芯片的输入引脚加小容量高频电容以抑制芯片自激,输出引脚端连接高频电容以减小高频噪声。

各单元电路分别做在五块PCB板上,制版时,元器件排放尽可能靠近集成电路的管脚,特别是振荡回路走线尽可能短,电路板空白处大面积接地,以减小分布参数对电路的影响,其中低通滤波器,压控振荡器和功率放大器做在一块板子上,并用金属盒屏蔽,以隔离数字电路部分产生的谐波,能有效防止谐波频率干扰,提高输出信噪比。
3.1.3包络检波电路

基于滤波检波的振动信号处理方法,尤其对初期故障和信噪比较低的故障信号识别能力强。将一段时间长度的高频信号的峰值点连线,就可以得到上方(正的)一条线和下方(负的)一条线用一个低频信号对一个高频信号进行幅度调制(即调幅)时,低频信号就成了高频信号的包络线。
3.1.4函数信号发生器电路


此电路是利用专用集成电路ICL 8038做为信号源,ICu 8038引脚功能: (1、 12 脚)正弦波波形调整端; (2 脚)正弦波输出; (3脚)三角波输出: (4、 5脚)频率和占空比调整;  (6脚) V+,正电源; (7 脚)频偏;  (8脚)频率调整输入端;(9脚)方波输出端,该引脚为一个集电极开路的输出端。工作时应接一一个 上拉电阻到正电源端。若需要兼容TTL的方波,则上拉电阻需要接+5V电源; (10 脚)定时电容端;  (11脚) V-, 负电源端或接地,使用正负双电源时,11脚接负电源,输出波形相对于0V对称,使用单一正电源,11 脚接地,输出波形是单极性,平均电压是V+/2;(13、14脚)空脚。
3.2软件设计及工作流程图
3.2.1系统软件介绍:
软件部分采用模块化程序设计的方法,由主控制程序、液晶显示部分子程序、 超声波测距部分子程序、重量称重部分子程序、液体种类部分子组成。我们选用开源的Arduino单片机微控制器,它带有高寻址能力的 32K 字闪存 FLASH 以及 2K 静态 RAM ,具有 32位可编程的多功能 I/O 端口,中断处理能力强,适合于实时、高 速的应用领域,尤其是其指令系统中提出了具有较高运算速度的 16×16 位乘法 运算指令和内积运算指令,为其应用增添了 DSP 功能,可以进行数字信号处理。在其编译环境下可以内嵌 C 高级语言,C 函数与汇编函数可以很方便的相互调用,所以编程效率高而且可靠。


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发表于 2019-8-19 11:09:43   只看该作者
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