一种自动检测跟踪水位的方法

摘要

一种自动检测跟踪水位的方法，目的是既能测量水位又能实时跟踪水位；本发明先制作一套自动检测跟踪水位装置，该装置包括水位检测探针、探针导线、交流电激励电路、信号检测处理电路、单片机、步进电机、连接齿轮、丝杠及丝杠底座、丝杠螺丝、仪器架和安装台；水位检测探针垂直于水平面固定，顶端平齐，底端呈阶梯状排列，信号检测处理电路连接至单片机，单片机连接至步进电机，步进电机转轴连接至连接齿轮，连接齿轮与丝杠齿合，丝杠底座连接至仪器架；将上述自动检测跟踪水位装置固定在安装台上；依据水的弱导电特性进行水位测量，跟踪水位是依据三根水位检测探针T1、T2、T3的通断状态来实现。

主权项

一种自动检测跟踪水位的方法，其特征是：（1）先制作一套自动检测跟踪水位装置，该装置包括水位检测探针、探针导线、交流电激励电路、信号检测处理电路、单片机、步进电机、连接齿轮、丝杠及丝杠底座、丝杠螺丝、仪器架和安装台；交流电激励电路包括耦合变压器M1、三极管Q1和Q2、高频电容C16、低频电容C17、滤波电容C20和C21、电阻R6和R7、限流电阻R8、匹配电阻RP、继电器S4；耦合变压器M1初级线圈与高频电容C16、低频电容C17三者并联，耦合变压器M1初级线圈抽头经电阻R7串接至三极管Q1的基极，同时经电阻R6串接至三极管Q2的基极，经限流电阻R8接入继电器S4触点一端；限流电阻R8与滤波电容C20串联后与滤波电容C21并联接地，耦合变压器M1初级线圈一端串接三极管Q1集电极，另一端串接三极管Q2集电极，三极管Q1发射极和Q2发射极相连并与电阻R9串联接地，继电器S4线圈正端（+）接单片机控制端PB1，线圈负端（‑）接地；继电器S4触点另一端接+5V电源VCC，匹配电阻RP串接耦合变压器M1次级线圈；信号检测处理电路包括两个，一个是水位检测探针T1、T2组成的电路，另一个是水位检测探针T1、T3组成的电路；水位检测探针T2串接于信号继电器K1，三极管Q3工作于开关状态下，水位检测探针T3串接于信号继电器K2，三极管Q32工作于开关状态；水位检测探针T1通过信号检测处理电路的输入端口Port1与交流电激励电路输出端口Port1相连，Port3为水位检测探针T2通断状态输出端口；电容C5起滤波作用；三根水位检测探针T1、T2、T3均垂直于水平面固定在仪器架上，探针顶端平齐，底端呈阶梯状排列，T1靠下、T2居中、T3靠上，三根水位检测探针通过探针导线连接到信号检测处理电路；信号检测处理电路施加至三根水位检测探针的激励电压是正弦交流电；信号检测处理电路连接至单片机，单片机连接至步进电机，步进电机转轴连接至连接齿轮，连接齿轮与丝杠齿合，丝杠底座连接至仪器架；单片机与被测水位、水位检测探针、步进电机一起构成一闭环控制系统；（2）将上述自动检测跟踪水位装置整体固定在安装台上面；步进电机水平安放，转轴垂直于连接齿轮；丝杠垂直安放，丝杠底座是六孔连接法兰焊接至丝杠底部，用于固定仪器架，仪器架通过螺栓固定于丝杠底座下面，随丝杠上下运动；（3）依据水的弱导电特性进行水位测量，自动检测跟踪水位装置安装完毕后，单片机系统记录丝杠初始位置即丝杠零位，此时丝杠第一丝（最底端的一丝）与连接齿轮齿合，信号检测处理电路在单片机的控制下施加激励电压至三根水位检测探针，然后判定每两根水位检测探针导通状态，初始位置时三根水位检测探针均未接触水面，未被水导通，单片机系统发出正转脉冲驱动步进电机正转，带动连接齿轮、丝杠向下运动，单片机系统每发出一个脉冲步进电转动一个步长、水位检测探针向下移动0.5mm，接着判定每两根水位检测探针导通状态，如此不断向下运动，直至三根水位检测探针接触水面时停止向下运动、单片机系统再发一个反转脉冲驱动进电机反转，使水位检测探针向上移动0.5mm、水位检测探针T3脱离水面，同时记录驱动步进电机转动的净脉冲数即正转脉冲数减去反转脉冲数，净脉冲数乘以步进电机步长求出水位检测探针向下移动的距离，得出丝杠零位与水面之间距离，反之，若水位上升淹没了三根水位检测探针，则单片机系统发出反转脉冲驱动步进电机反转，直至T3脱离水面，记录下净脉冲数，也可求出丝杠零位与水面之间距离；（4）跟踪水位是依据三根水位检测探针T1、T2、T3的通断状态来实现，若T1、T2未被水导通，则单片机系统控制步进电机正转，带动连接齿轮、丝杠向下运动，水位检测探针向下移动，直至T2接触水面使T1、T2被水导通，步进电机停转；若水位上升，至使T3触水，此时T1、T3被水导通，则单片机系统控制步进电机反转，带动连接齿轮、丝杠向上运动，水位检测探针向上移动，直至T3脱离水面，步进电机停转；跟踪目标是始终保持T1、T2触水，T3不触水。