基于51单片机的电容式液位传感器.pdf
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2022-06-24
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基于 51 单片机的电容式液位传感器
摘要：本文设计了一种基于 51 单片机的电容式液位传感器，主要由单片机系统、
555 定时器、LCD1602 组成。单片机作为控制部分，接收 555 定时器方波信号并
读取其频率，将该频率转换成液位高度，显示到 LCD1602 液晶显示屏上。在计算
液位高度前，采用限幅滤波算法对所测频率进行滤波处理，减小了电容与频率转
换的误差，提高了传感器的精度，并且系统的成本较低。
关键词：液位传感器；555 定时器；频率测量；软件滤波
引言
液位准确检测一直以来是传感检测技术方面的研究热点，同时也是控制领域
的一项关键技术。通常进行液位测量的方法分为直接法和间接法。随着工业自动
化规模的不断扩大，因直接液位测量法原始、精度低等逐渐被间接测量方法取代。
本文设计的液位传感器，在充分考虑具体工程应用背景的基础，对传统电容传感
器进行了改进， 提出了基于 51 单片机的电容式传感器的油位检测系统，并采用
限幅滤波算法，减小了电容与频率转换的误差。
一、电容液位检测的原理
电容式液位传感器是利用被测介质液位高度的变化引起电容变化的原理，将
被测液位高度的变化转化为电容值，利用 555 定时器产生振荡，只要检测出了
555 定时器的频率信号就可以得到电容值，进而检测出液位的高度 H。工作原理
如图 1 所示。其电容值的计算公式如下：
图 1
二、系统硬件设计
系统的总体硬件框图如图 2 所示
图 2
2.1 多谐振荡电路
由 555 定时器构成的多谐振荡器是测量的方波信号源，其具体电路如图 3 所
示。其可以为电容检测电路提供电压幅值为 5V、频率为 500KHZ 的方波信号源。
图 3
2.2 单片机和显示电路
选用 AT89C51 单片机，即满足精度和实时性的要求，又符合低成本要求。采
用 LCD1602 作为显示屏，具有清晰度高、方案成熟、应用广泛等优点。
三、软件设计
系统软件主要包括转换程序及 LCD1602 显示子程序、限幅滤波程序。
3.1LCD1602 显示子程序
图 4 LCD 液晶显示程序
3.2 主程序
图 5 主程序
四、结论
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