【正文】 (3)利用本文總結(jié)出的十分簡(jiǎn)單易行的界面計(jì)算方法，簡(jiǎn)化計(jì)算和判斷的過程，既節(jié)省了單片機(jī)的資源，又降低多次浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算帶來的近似計(jì)算誤差，提高了測(cè)量精度。 ATmegal6 單片機(jī)軟件總體設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集與處理模塊單片機(jī) ATmegal6完成了以下功能： ①整個(gè)系統(tǒng)的初始化：包括單片機(jī) I／ O端口的初始化，整個(gè)中斷系統(tǒng)的初始化，串行通信初始化，定時(shí)器初始化，看門狗初始化， LED系統(tǒng)運(yùn)行指示和 LCD顯示初始化， EEPROM設(shè)定值讀取 [16] 。 (3)通用電路部分：包括電源電路、通信電路。 系統(tǒng)工作框圖： 圖 系統(tǒng)工作框圖 方波電路 電容電壓轉(zhuǎn)換 放大濾波 Atmega8 方波電路 電容電壓轉(zhuǎn)換 放大濾波 Atmega8 電源模塊 LED 指示、 LCD顯示、按鍵 RS485 外部通信 Atmega16 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件電路的總體設(shè)計(jì) 硬件電路的可靠設(shè)計(jì) 系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定運(yùn)行是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中非常重要的 一點(diǎn)，因此硬件電路的設(shè)計(jì) 要考慮影響可靠性的因素。 這利獨(dú)立的電容測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)雖然增加了整體復(fù)雜度和開發(fā)成本，但是這 樣設(shè)計(jì)可以極大的縮小連接電容測(cè)量模塊和電容極板的導(dǎo)線距離，從而極大的減小了導(dǎo)線電容對(duì)丁測(cè)量的影響，提高了液位測(cè)量的精度 [10] 。為了精確控制抽油裝置，需要液位測(cè)量裝置具有較高的測(cè)量精度。 這樣就解決了因?yàn)榻橘|(zhì)的介電常數(shù)隨外界各種條件變化而變化對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)自 標(biāo)定自校正，從而提高了測(cè)量精度。 油水界面檢測(cè)中的另一介質(zhì)海水的介電常數(shù)也是變化的，由于海水中含有各種礦物質(zhì)和鹽分，不同區(qū)域的海水中含有的礦物質(zhì)和鹽分是不同的，即便是同一區(qū)域這些物質(zhì)的含量也會(huì)有輕微的變化，這 樣勢(shì)必會(huì)影響傳感器的測(cè)量 精度。溢油回收裝置是一種機(jī)械回收裝置，是溢油發(fā)生后處理溢油的一種有效裝置， 能極大的減小溢油的危害并回收溢油，降低損失。 通過測(cè)量各分段電容傳感器然后對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得到各界面位置 是本 文的總體思路。因此提出了以電容式液位測(cè)量方法為基礎(chǔ)的分段電容式液位測(cè)量法。 (3)油與水的分界面并不是一個(gè)清晰的界面，而是一個(gè)隨著油的含水量由大到小變化的從水到油 的過渡帶，稱之為乳化層。 (2)油與水的界面是一個(gè)隨含水率變化的非清晰的界面，即乳化層的問題，在分段電容式傳感器中處于乳化層的每一段電容傳感器測(cè)量到的電容值是一個(gè)隨含水率變化而變化的值，由油到水的過程即是含水率逐漸變大的過程，電容值也隨之而變大。 系統(tǒng)的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (I)測(cè)量參數(shù)：油氣界面和油水界面位置，其中 油水界面屬于油／乳化層界面和乳化層／水界面混合的界面 (2)測(cè)量范圍： 100cm (3)測(cè)量精度：177。一路給十段電容傳感器，稱為傳感器電源；另一路給電容傳感器之外的所有電路供電，稱為主電源。 (2)硬件設(shè)計(jì)。 而每設(shè)電容傳感器中都含有一個(gè) ATmega8單片機(jī)，因此 ATmega8單片機(jī)共 有 十 個(gè)，每個(gè)電路如圖 。通過按鍵操作能夠設(shè)定判斷油氣界面和油水界面的閾值。從開始的畢業(yè)設(shè)計(jì)講課答疑，平時(shí)資料的搜集，一直到現(xiàn)在畢業(yè)論 文的最終完成，老師在每一個(gè)階段都激勵(lì)著我們前進(jìn)。 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第六 章 結(jié)束語(yǔ) 本傳感器的設(shè)計(jì)這期間經(jīng)歷了選題，需求分析，原理的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，傳感器總體設(shè)計(jì)，硬件各模塊的設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)，傳感器的分析。 采用四個(gè)按鍵實(shí)璣用戶輸入，當(dāng)按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)端口的信號(hào)呈低電平狀態(tài)，上拉電阻可以保證在沒有按下按鍵時(shí)，端口的信號(hào)呈高電平狀態(tài)。 影響可靠性的外部因素是指工作環(huán)境巾的導(dǎo)致系統(tǒng)不可靠工作的外部因素。 工作指示為 5個(gè) LED燈管，包括主電源指示、傳感器電源指示、運(yùn)行指示、數(shù)據(jù)傳輸指示、系統(tǒng)運(yùn)行異常指示。防水盒上方安裝有狀態(tài)指示燈、按鍵和 LCD顯示屏，實(shí)現(xiàn)傳感器工作指示和人機(jī)交互。 因此電容測(cè)量電路必須滿足以下要求： 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 (1)測(cè)最小電容、動(dòng)態(tài)范圍大、線性度好。 每一段的等效電 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0C C C C C C C C C C、 、 、 、 、 、 、 、 、。在環(huán)境不變的情況下總電容 C與油的高度呈線性關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1973— 20xx年，我國(guó)沿海共發(fā)生大小船舶溢油事故 2635起，其中溢油 50噸以上的重大船舶溢油事故共 69起，總溢油量 37， 077噸，平均每年發(fā)生兩起，平均每起污染事故溢油量 537噸 [1] 。我國(guó)進(jìn)口的石油 90％是通過海上船舶運(yùn)輸來完成的。 當(dāng)電容傳感器內(nèi)外電極之間充滿 兩種介質(zhì)時(shí)，比如油和氣，此時(shí)會(huì)有一個(gè)油氣界面 ,下部為油 ,高度為 H,介電常數(shù)為 l? ，上部為空氣，高度為 (LH)，介電常數(shù)為 2? ， 此時(shí)相當(dāng)于將兩個(gè)電容傳感器并聯(lián)，電容值的計(jì)算表達(dá)式如下： 00 022+ = + ) kl n l nddC C C H L H C HDD? ? ?? ? ?? ? ? ?空 氣油油 空 氣 （ (22) 其中： 002ln dCLD?? ?? 空 氣 02k= ln dD?? ??油 空 氣（ ） C油 為油部分所產(chǎn)生的電容 ， C空 氣 為空氣部分所產(chǎn)生的電容， 0C 為電容傳感器中充滿空氣時(shí)的電 容值 ,?油 為油的介電常數(shù)， ?空 氣 為空氣的介電常數(shù)。 分段電容式液位 測(cè)量 傳感器總共十段，每段高為 L．假設(shè)第 2段為空氣段 ，第 3段 為油氣界面所在段．第 6段為純油段，第 7段為油水界面所在段，第 10段為純水所在段。 (3)內(nèi)外極板之間使用的聚四氟乙烯絕緣管形成的電容。防水盒采用航空插頭外接電線，接入 24V電源的輸入以及 RS一 485串行通訊線纜。 (4)人機(jī)交互模塊：包括工作指示、按鍵和 LCD顯示。如果安裝工藝粗糙，調(diào)試不嚴(yán)格，仍有可能影響系統(tǒng)的可靠性。 LED運(yùn)行狀態(tài)分別采用了五個(gè) LED指示燈，分別指示系統(tǒng)電源、傳感器電源、 系統(tǒng)運(yùn)行、系統(tǒng)出錯(cuò)報(bào)警和數(shù)據(jù)傳輸指示。 ③通過串行通信接收 ATmegal6單片機(jī)的控制信息，傳送本段電容傳感器的 測(cè)量值 [18] 。幾個(gè)月以來， 老師在指導(dǎo)我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)那種兢兢業(yè)業(yè)、孜孜不倦 、無怨無悔的精神給我們留下了深刻的印象，使我們學(xué)到了很多書 本上學(xué)不到的知識(shí)，使我們明白了很多書本上學(xué)不到的道理。 ⑤定時(shí)檢測(cè)各個(gè)電容傳感器的工作狀態(tài)，如出現(xiàn)錯(cuò)誤通過 LED指示燈報(bào)警， 并在 LCD顯示出錯(cuò)電容傳感器為第幾段。 圖 ATmega8單片機(jī) 主控電路設(shè)計(jì) ATmegal6 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集與處理模塊是整個(gè)主控電路的核心，而數(shù)據(jù)采集與處理模塊又以 ATmegal6單片機(jī)為核心， ATmegal6單片機(jī)通過串行通信收集十段電容傳感器測(cè) 量得 到的電容數(shù)值，通過計(jì)算得到油氣界面和油水界面的位置。硬件設(shè)計(jì)中要求原理正確，參數(shù)設(shè)計(jì)適中，線路布局合理，避免元器件之間的電磁耦合，還應(yīng)當(dāng)利用必要的技術(shù)削弱外部干擾對(duì)儀表正常運(yùn)行的影響。 (2)數(shù)據(jù)采集與處理模塊：該模塊以 ATmegal6單片機(jī)為核心，通過串行通信收集十段電容傳感器測(cè)量得到的電容數(shù)值，通過計(jì)算得到油氣界面和油水界面的何置。 3cm (4)測(cè)量速度： 5／ s (5)環(huán)境溫度： 10℃一 60℃ (6)電源電壓： 24V (7)顯示方式： LCD顯示油氣界面和油水界面位置、油層厚度 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 (8)通訊接口： RS485 (9)單片機(jī)功能：能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)保護(hù)防止程序跑飛、能夠?qū)y(cè)量裝置進(jìn)行初 始化校準(zhǔn)，將初始化參數(shù)保存并控制整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)行。在純油到純水的變化過程中，只需要確定一個(gè)值，當(dāng)含水率低于此值時(shí)為油，含水率高于此值時(shí)為水 [7] 。傳統(tǒng)電容式液位測(cè)量方法依靠的濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）