液体点滴测速

1、液体点滴速度监控装置一、方案论证及选择1、系统整体框图以下：键盘控制数码显示设显定示滴滴速速ARM声光报警液面检测扬声器速度电机驱动步进电机反馈改变高度滴速检测2、滴速检测部分为了检测液滴着落的速度并且将其变换为电信号，需要利用适合的传感器来达成。方案一、利用光电传感器，将其发射端和接收端分别设置在滴斗的两头。当液滴着落时，经过光电传感器的瞬时，因为水对光的折射作用，会使接收端接收到的可见光能量降低，以此进行计数，再传入单片机进行办理，达成检测速度功能。方案二、利用主动式红外发射接收传感器，液滴着落时，利用其对红外线的汲取和折射能力，是红外接收在液滴着落至红外线发射接收通路上时接收红外线发生衰

2、减，来进行规律性的计数，达成检测速度功能。方案三、利用导线自制一对探针置于滴斗内，在液滴落下的瞬时，利用液滴导电性使两个探针导通，以达到检测的目的。方案一利用水对可见光的折射来计数，关于题目要求的无色液体来说，谁第1页共6页对其汲取能力很弱，基本上完整靠折射来工作。而方案二则是利用水对红外线的汲取和折射作用来计数，有较强的适应性，能够应用于无色液体。方案三则为有损探测，与前两项无损探测对比，限制较大。综上，选方案二。红外传感器接放大滤波整形单片机3、速度控制部分控制液滴着落速度主要有两种方法：方案一、经过步进电机和滑轮系统控制储液瓶的高度，来达到控制液滴流速的目的。方案二、经过控制滴速夹的松紧

3、程度来控制液滴流速。方案一实现较为简易，经过步进电机可方便地实现储液瓶高度的调理，从而达到控制液滴流速的目的，但弊端是调理储液瓶挪动的距离比较大，所需时间比较长，并且储液瓶高度与流速的关系非线性，并且没有现成的公式能够利用，而只好去足够多的采样点，来剖析二者之间的关系，得出大概的经验公式。在自变量（储液瓶挪动距离）变化范围较大的状况下，这项工作更加繁琐。方案二控制滴速夹挪动的距离很小，可是滴速夹的松紧调理过程中，挪动距离、挪动阻力等参数难以计算，用机电系统实现起来较为困难。综上，我们选择方案一。4、电机驱动模块方案一、采纳集成驱动芯片，再利用单片机驱动。方案二、采纳分立元件建立与集成驱动芯片等

4、效功能的电路，驱动信号较之方案一复杂。联合设施条件，我们选择方案二。移动单片机驱动电路步进电机储液瓶5、系统算法的选择为了实现题目中控制液滴流速达到预置值的要求，选择适合的控制算法。方案一、距离对分法：依据检测到的流速和预置流速，在流速高度查找表中查出目前储液瓶高度和希望储液瓶高度。将这连个高度相加，取其均匀值作为系统调理的高度，而后再检测液滴流速，查找高度，这样循环，最后达到预置流速。这类方法理论计算、算法设计都比较简单，可是有一个技术上的瓶颈问题，就是难以找到一个较为精确的流速高度关系查找表。在必定的高度，将液滴流速调理到必定值以后，丈量流速高度关系，每一次丈量的数据失散性很大，也就是说环

5、境略微有变化，就会对流速高度关系带来很大的影响。所第2页共6页以这个方法实现起来，可操作性不是很高。方案二、PID控制算法：PID算法是工业上较为流行的一种控制算法。其核心思想是依据偏差的比率项、微分项、积分项来确立系统的变化趋向及调整方案。这类算法在理论上和程序实现上较为复杂，可是能够保证较高的精确度，并且不受流速高度关系变化的影响，适应性比较强。综上，我们选择方案二来实现对系统的精确控制。6、主从机通讯部分方案一、单片机之间并行通讯，此方案实现较为简单。因为题目要求有个从机，因此经过地点译码能够方便地实现从机辨别、巡回检测等功能。可是线路利用率低，电路连线较为复杂。方案二、单片机之间利用R

6、S232协议进行串口通讯，此方案利用串口通信，解决了线路复杂性和利用率的问题，并且RS232也是较为成熟的串口通讯协议。方案三、单片机之间利用RS485协议进行串口通讯，此方案也是利用单片机串口进行主从机之间通讯。综上，且基于实验室资料，我们采纳方案三。二、单元硬件电路1、滴度检测电路这个单元，我们采纳脉冲调制红外对射传感器，红外对管安装在滴斗的双侧。红外发射管的最大工作电流是由均匀电流决定的，采纳占空比小的调制信号，在均匀电流不变的状况下，瞬时电流会达到很大，大大提升了信噪比，提升了系统的抗扰乱能力。详细电路以下：由555准时器产生一路频次较高的脉冲波形，经过三极管8050放大电流后接到红外

7、对管发射端，在接收端后边接一个放大电路并设置偏置电压以提升并放大波形，再经过一级LM393构成的比较器将波形整为方波以输入给单片机，该方波的频次即为液体滴速。2、液面检测电路第3页共6页液面检测这一部分原理与滴速检测部分是一致的，将红外对管安装在距离储液瓶瓶口23cm的地方，一旦液面降落至23cm以下，红外接收管接收到的波形就突变高，经整形后变为低电平输入单片机。这一部分，单片机仅需做一次判断，信号从高电平变为低电平。详细电路以下：3、电机驱动电路电机经过滑轮系统来带动储液瓶挪动，进而改变h2以达到改变液滴滴速的目的。控制步进电机工作信号由单片机发出，经驱动电路传递到电机。步进电机是一种将电脉

8、冲转变为角位移的履行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动固定的角度（步进角）。能够经过控制脉冲个数来控制角位移量，进而抵达正确立位的目的；还能够经过控制脉冲频次来控制电机转动的速度和加快度，进而达到调速的目的。详细电路以下：经过算法，从单片机输出驱动信号，经过光电耦合器输入给驱动芯片，以第4页共6页控制电机的转动。三、软件部分设计1、滴速控制部分PID算法基本的PID算法有两种：（1）、直接计算法：直接计算目前所需要的控制量。Pout=Kp*e(k)+Ki*e(k)+Kd*e(k)-e(k-1)这类方法需要做累加运算，并且要保留全部的e(k),需要的储存空间很

9、大。（2）、增量式计算法：相关于标准算法的两次运算之差。P=Pout(k)-Pout(k-1)=Kp*e(k)-e(k-1)+Ki*e(k)+Kd*e(k)-2e(k-1)+e(k-2)本系统中我们采纳增量式计算法。选用适合的参数Kp=0.5Ki=0.6Kd=02、程序流程（1）、基础部分开始初始化预置速度翻开准时进（度2）比、较发挥部PI分调理电停电机机止正反转转捕捉中止计数测速第5页共6页程序经过ARM四个I/O口发送高低电平给步进电机驱动芯片以驱动信号，经过改变高低电平的次序来控制电机正反转。（2）、发挥部分采纳RS485串口通讯，用ARM编程实现两台电脑之间的通讯。四、测试结果与剖析（

10、一）、调试剖析1、滴速检测部分我们采纳了槽型光电门，其输出信号经过一个电位器分压降至3.3V以下，直接输入单片机。调试过程中，我们向来用示波器检测其输出信号，发现同一时间很简单出现两个低电平，造成波形频次突增，进而使得丈量不精确。为此，我们在每次正式测试以前，都将信号接到示波器察看波形，调整槽型光电门和滴斗的地点使波形正确。2、液面检测部分尽量保持红外对管水平、垂直都瞄准。3、关于PID调理方面，我们经过实质通电测试察看、计时等，调整参数以使其知足要求。（二）、测试结果1、液滴速度检测将储液瓶手动调整到到必定高度，人工用秒表丈量滴速，看ARM屏幕显示值能否与人工丈量的数值符合。次数123456丈量值（滴/分）显示值2、滴速调理控制预置滴速，经过电机调整储液瓶高度，待储液瓶稳固后丈量液体滴速。原始滴速（