智能电接点水位计的设计及应用

摘要：本文介绍了智能电接点水位计的水位测量原理及其使用系统的基本结构。智能电接点水位计以微型处理器为中心，通过分析直流电信号与水的电解效应的关系，比较输出电信号，再分析电信号后，判断出锅炉中的水位情况。同时，根据工业现场的要求，设计了六级报警控制输出；

关键词：微型处理器，电接点，水位，报警；

中图分类号：S611文献标识码： A

1．引言

锅炉汽包水位是锅炉运行的重要参数，它直接影响锅炉运行的安全性和经济性，因此，锅炉汽包水位的正确测量和控制是锅炉安全运行的重要研究方向。电接点水位计是一种基于连通管式原理的测量装置，由于水、汽的导电率存在很大差别，造成水和汽中的电阻值也有很大差别，通过对阻值的比较，从而判断当前的水位值。

智能电接点水位计采用单片计算机控制，使水位具有智能判断和分析能力，其具有性能稳定、工作可靠、维护方便、可扩充性好等优点。它具有数字和模拟双显示，显示直观，并且带有六路继电器智能判断输出。它弥补了传统的只读式机械水位计没有远传信号输出的不足，实现了4～20 mA标准电流信号的远传输出功能。

2．水位测量原理

如图所示，连通管将被测容器与测量筒相连，由于都为密闭容器，两端的液位值保持一致，而测量筒有4~19个电极输出，当相应电极的位置上有液位时，由于水的导电性，致使电极带电，再将电极信号传给后端的二次仪表进行显示和报警。

3．整机设计思路

智能电接点水位计的设计分为软件和硬件两部分组成，硬件电路主要负责将水阻和汽阻信号进行分析比较后，转换为电信号进行输出，而软件部分主要负责将电信号进行分析和判断后，进行显示和故障报警输出，仪表的整体设计思路如下：

4．硬件电路构成

智能电接点水位计的硬件电路主要由微型处理器、信号采集、比较转换、E2PROM、显示驱动、控制报警输出和信号变送输出组成，下面介绍几个主要的模块：

4.1 E2PROM

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，电可擦可编程只读存储器--一种掉电后数据不丢失的存储芯片。智能电接点水位计的设计中用ATMEL生产的AT24C01作为存储芯片，存放用户设置的参数，永久保存，下面具体介绍一下AT24C01芯片，AT24C01存储芯片，以串行传输的方式，进行数据的传送，即I2C总线方式，I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。它通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件：不管是单片机、存储器、LCD驱动器还是键盘接口。其内部原理图如下：

可见AT24C01具有三根地址线A0、A1、A2，用于确定芯片的硬件地址；SDA为串行数据输入/输出线，数据通过这条双向I2C总线串行传送，SDA和SCL都需要和正电源间各接一个5.1K的电阻上拉，WP为写保护端，接地时允许芯片执行一般的读写操作，接电源端时不允许对器件写。

4.2 显示驱动

智能电接点水位计用双色灯进行水位的模拟显示，用数码管显示当前的水位值，很好的做到了模拟和数字的双显示，用CD4051做驱动选择，设计电路图如下：

4.3 控制报警输出

智能电接点水位计采用声光报警控制方式，分为六级报警控制输出，分别是极上限、上上限、上限、下限、下下限和极下限。当水位高于或低于某个限位值时，仪表发出报警声，同时相应的报警继电器输出，此外，由于报警的级别不同，报警声的频率也不同，级别越高，频率越高，这样可及时发现和控制汽包水位值。

5 系统软件设计

智能电接点水位计以AT89S52微型单片机为设计中心，通过采集转换、参数设置、智能分析判断、报警控制输出以及显示控制等各个环节共同构成，大致结构图如下：

单片机将每200ms对采集转换后的信号进行分析，并对分析后的结果进行智能判断，判断后的结果直接在双色灯和数码管上同时进行显示，对于故障点即虚假信号进行闪烁显示，有利于现场操作人员对设备的及时检测和维修，信号的输出保障了整体系统的安全性和稳定性。

6 现场应用

智能电接点其具有性能稳定、工作可靠、维护方便、可扩充性好等优点。适用于锅炉汽包、除氧器、加热器、蒸发器、凝气器、直流锅炉启动分离器、水箱液位的显示和控制。该仪表也可用于其它导电液体液位的显示和控制，但不适宜易燃、易爆和易腐蚀性液体。

7 结束语

智能电接点水位计是一种智能化电接点式液位监测仪表，它采用单片计算机控制，使水位具有智能判断和分析能力，它具备很高的安全性、可靠性和稳定性，已经成为热工水位保护现场不可分割的重要组成部分。

参考文献：

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[2] 杨宁，胡学军。单片机与控制技术。北京：北京航空航天大学出版社，2005

[3] 王福瑞。单片微机测控系统设计大全。北京：北京航空航天大学出版社，1998

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