Vi Xử Lý đề tài Đo mức nước dùng Encoder Cảm biến dạng analog

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIÊP HÀ NỘI

BÀI TẬP LỚN
Mơn: Vi Xử Lý Trong Đo Lường Và Điều Khiển
Nhóm 3: Đo mức nước dùng Encoder/Cảm biến
đo mức dạng Analog

Họ và tên:
MSV:
Lớp:

Hà Nội - 2021


MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................2
I. Đặt vấn đề.............................................................................................................3
II. Một số thiết bị đo mức nước..............................................................................3
II.1. Thiết bị đo mức kiểu điện dung......................................................................3
II.2. Thiết bị đo mức nước thủy tĩnh......................................................................4
II.3. thiệu về thiết bị đo mức nước bằng siêu âm ECH306L, ECH310L,
ECH318L, ECH324L:....................................................................................................5
III. Phương án thiết kế............................................................................................5
III.1. Lựa chọn thiết bị cần thiết.............................................................................6
IV. Thiết kế sơ đồ nguyên lý và lưu đồ thuật tốn nạp chương trình cho vi điều
khiển..................................................................................................................................7
IV.1. sơ đồ ngun lí..............................................................................................7
IV.2. Lưu đồ thuật tốn...........................................................................................8

2

I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngành công nghiệp nước ta đang rất phát triển trên hầu hết tất cả các lĩnh vực. Có
thể kể đến như cơng nghiệp chế tạo, cơng nghiệp sản xuất, công nghiệp chế biến,… Và
không mấy xa lạ đối với các ngành công nghiệp liên quan đến các loại chất lỏng như
nước thải, nhiên liệu, xăng dầu,…đó là các thiết bị chứa mà chúng ta thường gọi là tank
chứa hay silo chứa. Đây là một trong những cách thức để chứa đựng và lưu trữ khá phổ
biến hiện nay vì chúng khá tiện dụng trong việc cất trữ hay vận chuyển.
Chính vì các tank chứa hay silo chứa khá quan trọng trong các ngành công nghiệp
nhiên liệu, chất lỏng hay nước các loại,… Nên nhu cầu đo lường trong các thiết bị chứa
này cũng tăng cao. Đó cũng chính là lý do mà mình muốn nói đến trong bài viết này,
mình muốn chia sẻ đến mọi người hệ thống đo lường trong các tank chứa, bể chứa
hay silo chứa kết hợp điều khiển động cơ .
II. MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO MỨC NƯỚC
II.1. Thiết bị đo mức kiểu điện dung

Đối với cảm biến báo mức liên tục thì điện dung; là một trong các phương pháp
khá tiết kiệm có giá thành khá cạnh tranh với độ chính xác cao.
Nhược điểm của cảm biến đo mức nước liên tục bằng điện dung. Là khoảng cách
đo ngắn và độ dài của thanh cảm biến cố định; khi chúng ta chọn ngay lúc ban đầu. Một
số loại khơng có bọc nhựa bên ngồi thì có thể cắt ngắn cảm biến. Nhưng việc nối dài
cảm biến thì khơng thể nhé q vị,…
Cảm biến đo mức dạng điện dung là một sản phẩm cao cấp hơn loại cảm biến
đo mức dạng điện cực vì tín hiệu ngõ ra là dạng 4-20mA, 0-10v. Từ tín hiệu này chúng
ta có thể cài đăt bất kỳ dãy tiếp điểm nào để xuất tín hiệu ra cho bơm chạy.
3


II.2. Thiết bị đo mức nước thủy tĩnh

Đầu cảm biến sẽ được thả chìm xuống đấy Tank. Hoặc bồn chứa chất lỏng hay
nước. Dựa vào cột nước đè lên màng cảm biến sẽ xuất ra tín hiệu analog 4-20mA.
Với 1 bar áp suất tương ứng với 10 mH20 vì thế chúng ta phải lưu ý chọn cable
cho cảm biến phải bằng hoặc lớn hơn giá trị áp suất của cảm biến.
Ưu điểm cảm biến đo mức thủy tĩnh : Lắp đặt dễ dàng chỉ cần thả cảm biến xuống
bể cần đo mức thơi là xong. Độ chính xác cao. Khoảng cách đo mức nước tối đa 200m.
Không phụ thuộc vào kích thước bồn chứa.
Nhược điểm : Đo chính xác nhất áp dụng cho nước. Khơng dùng cho bồn chứa có
áp suất. Nhiệt độ cao.
Thiết bị được mức nước khoảng cách rộng đến hàng trăm mét. Thì chắc hẳn bạn
đang nghĩ đến đo mức nước giếng rồi đúng không nào? Để đo mức nước tực tế trong
giếng, bạn khơng cịn phương án lựa chọn cảm biến siêu âm hay điện dung được. Vì
giếng khoan lỗ tương đối nhỏ, phạm vi lắp đặt rất hẹp, chiều sâu vài chụ đến vài trăm
mét. Trường hợp này dùng loại cảm biến thủy tĩnh là tối ưu nhất.
Ứng dụng đo mức nước các sông, rạch, hồ chứa nước ở các đập thủy điện. Khoảng
cách đo rộng, độ chính xác tương đối cao. Chịu được ơ nhiễm nhẹ từ bùn,…
II.3. thiệu về thiết bị đo mức nước bằng siêu âm ECH306L, ECH310L,
ECH318L, ECH324L:
Dòng thiết bị này có ngun lý hoạt động tương tự như các dịng đo mức radar, tuy
nhiên thì giá thành khá dễ tiếp cận hơn và tối ưu hơn khi dùng cho mực nước hay chất
4


lỏng. Cụ thể thì dịng này có thể đo lường cho toàn bộ các loại chất lỏng khác nhau
trong các thang đo 0-3m, 0-6m, 0-10m, 0-12m, 0-18m, 0-24m,…Tín hiệu ngõ ra cũng
sẽ có đầy đủ như 4-20mA, 2 ngõ ra relay và RS485 nữa đấy.
Nếu như các bạn chỉ đo mức nước và báo mức nước thì mình khuyên nên dùng
dịng cảm biến này. Dĩ nhiên thì dịng này cũng có thể đo được thể tích nữa. Có thể hoạt
động tốt trong các loại tăng chứa có đường kính từ 1m trở lên

III. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.
Thiết kế thiết bị đo mức nước sử dụng vi điều khiển 8051:
+ Sử dụng cảm biến có tín hiệu đâu ra dạng analog dải từ 0 – 5V.
+ Có thể điều khiển động cơ khi cạn hoặc qua mức nước đã set cài đặt trước đó.
+ Hiển thị được mức nước trong tank lên màn hình LCD.
+Cho phép thiết lập, điều chỉnh mức lập mức nước cần bơm.
+Hệ thống led báo hiệu chiều cao nước.

5


Cảm biến: Có chức năng nhận biết sự thay đổi mức nước trong tank từ đó xuất tín
hiệu analog tương ứng với khoảng cách từ cảm biến đến mặt nước.
ADC: Chuyển đổi tín hiệu tương tự(Analog) sang tín hiệu số( Digital) giúp vi điều
khiển có đọc tín hiệu và có thể xử lý được.
Màn hình LCD: Hiển thị được mức nước trong tank thông qua vi điều khiển
8051.
Điều khiển động cơ: Bật/tắt động cơ điều khiển được mức nước trong tank thông
qua vi điều khiển 8051.
Nguồn: Cung cấp năng lượng cho vi điều khiển 8051 và LCD.
Mức nước theo LED: Báo mức nước nước theo cấp độ LED.
Vi điều khiển 8051: Nhận tín hiệu từ cảm biến thơng qua bộ đọc ADC và điều
khiển các khối chức năng nêu trên.
III.1. Lựa chọn thiết bị cần thiết.
Do khơng có cảm biến thực tế vậy nên sẽ giả lập tín hiệu từ cảm biến ra bằng biết
trở POT-HG với mức điện áp 0- 5V;
Lựa chọn các thiết bị như sau:
6

+ ADC: ADC 0804.
+ LCD: LCD 16x02.
+ Vi điều khiển: AT89S52.
+ Mức nước theo LED: LED.
+ Nguồn: 5v, 12v.

IV. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN NẠP
CHƯƠNG TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN.
IV.1. sơ đồ ngun lí

7


IV.2. Lưu đồ thuật toán

8


9


10