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·l8·工业仪表与自动化设备，2015年第1期 基于单片机和TTS模块的简易电容式液位计设计，邹益民（南京铁道职业技术学院通信与信号学院，南京210031） : 介绍科大讯飞TTS语音模块的单片机和TTS模块电容式液位测量装置。 首先采用电容式液位测量方式，将被测液位变化转换为电容变化，再通过555定时器芯片将电容变化转换为更便于测量的频率变化； 内置温度传感器测量当前温度并进行比较进行温度补偿。 最后由LCD和ITI1s语音模块显示并播报当前液位测量结果。 本文详细讨论了该测量方法的基本工作原理，给出了系统详细的硬件设计方案和主要软件流程图，可为同类测量装置的设计和应用提供参考。 关键词：单片机； 电容式液位计； 1个； 语音合成模块； (南京铁道职业技术学院铁路信号与通信学院, 南京 210031) 摘要: 介绍了一种基于单片机和科大讯飞1TS语音模块的电容式液位仪表。 首先将被测物位的变化转化为电容值，采用电容式物位测量方法，进一步转化为~频率变化，通过555定时器芯片更容易检测到。 其次，内置温度传感器测量当前温度，以实现温度补偿。 最后，液位测量结果由LCD和rITrS模块显示和播放。 在本文中。 详细讨论了所提出的测量方法的基本原理。 还给出了系统的硬件方案和软件流程图。 从而可为同类测量装置的设计和应用提供参考。 关键词：单片机； 电容式液位仪表； 文字转语音; 语音合成模块； 语音广播电容测量法，其实就是先将液位高度的变化转化为0 介绍相应的电容变化，然后通过电容的测量，间接测量液位的测量，广泛应用于石油、化工、食品加工等变化在 2J。

电容测量并不容易，因此经常被应用到很多领域，具有非常重要的意义。 液位测量方法可以将许多变化转化为电压、相移、频率、脉宽等物理量，常见的有静压式、光电式、浮标式、沉没式、超声波测量等。 电压测量需要精密的开关和运算放大器，测量精度和电容。 其中，电容式测量具有安全可靠等诸多优点，虽然非度高，但电路复杂； 相移测量需要精确稳定的参考触点，具有适用范围广、可适用于导体和非参考信号源等诸多优点，电路较为复杂。 ; 而频率和脉宽测量由于导体的液位测量而得到广泛应用。 为数字量，可直接接单片机的L/O口，更适用于一般精度的测量。 收稿日期：2014-04-24 本文介绍了一种基于单片机和科大讯飞1TI语言基金项目的基于音频模块的电容式液位测量系统：江苏省轨道交通工程技术研发中心开放基金项目。 基于计算机视觉和液位测量多信息融合的轨道交通异常客流实时监测系统》作者简介：邹益民（1963年），男，浙江舟山人，教授，博士，主要研究测量被测液体液位的测量方法，进而采用集成测温的研究方向为控制理论与工程、导航与制导、图像处理、模式识别。软件实现温度补偿测量结果，最后通过rITS语音模块显示或播报当前液位测量结果，实现1.D简易语音播报液位测量系统。

1r / 。 7 1, 1, 1 电容式液位测量原理/●, 1.1 非导电液体的测量 /, _/ 一以非导电液体的测量为例。 此类电容式传感器的A/H/采样部分是两个涂有绝缘漆的金属同心圆柱体，a/{J用作电容器的内外电极。 如图1所示。 其中： 图2 导电液体测量D、d为外电极2的内径和内电极1的外径； 介电常数; L是两个板的容量：重叠部分的长度，以及液面的高度。 C。 = (6) 1 Pi J 电极类型： C. 为电容； ●●为绝缘套管与容器内气体的介电常数； ●●为绝缘套管的介电常数； ●L1■板的最大高度； D. D为容器内径； D为绝缘套管外径； d 是金属的外径 ~ 棒。 1 ● 1 当液位高度为天时，传感器电容C为： 1T 1c =+ 2,rreH 1In(D ／d(7) 图1 非导电液体测量0 )。 ln(_/d) 因此，当容器内的液位从零上升到天时，传感器两极板间液体部分的电容c为： 电容变化为：C1-：l D/d (1)n( )AC = 1 (iv) 空气部分的电容C为：一般为D0>>D,>>s0，所以上式的第二项可以忽略。

一：I(2)省略，则：nfD／dAC 2,rr6H(9) 总电容C为：C：C1+Cz=+∩ 可见，电极确定后，参数，D， d均为定值，传感器的电容值与液位的变化近似呈线性关系。 当液面为零时，初始电容C为：2基于555的电容变频电路C。 一：I(4)nD/d)' 2.1 电压-频率转换 因此，当液位每天变化时，电容变化G为：将以上测量的电容从液位转换为555定时器的电容tank可以将电容的变化转换成相应的c=c_C0=(5)频率信号[4]。 信号通过光电耦合电路传给单片机，由式（5）可知。 对于介电常数固定的机器，可以完成频率的测量，进而得到液位的数值。 对于液体，传感器的电容变化与液位高度成正比，压频转换电路如图4所示，555时序与气缸长度无关。 由器件等器件组成的多谐振荡器。 在本电路中，时序 1.2 导电液体测量元件由传感器电容c和串联电阻组成。 和组成。 充电式导电液体电容传感器主要是利用传感器两个电极的时间r。 = (R. +R ) Cln2; 放电时间为2=覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而产生R6Cln2。

当R6>>R时，r。 1 一：输出为方波，利用电容的变化与周期电容的关系来测量液位。 如图2所示，周期T=2R6Cln2。 金属棒、绝缘套管和容器内被测导电液体一起使用。 如果没有液体，电容为c。 ，那么输出频率的周期就构成了一个圆柱形电容。 即：20-工业仪表及自动化设备，2015年第1期7"0=2R6C0ln2(10) MCS51单片机，电容-变频模块，测温模块，则所需电容值C为：语音合成模块， LCD Module、按键模块、电源模块等组成 C_C—C.Watt (11) 由式(11)可知，因为，是常数，所以输出信号电杆一频率：转换模块温度：测量模块IMCS51单片机控制模块}__ 4×4按键模块个数的周期与被测电容C成线性关系。 2.2温度误差补偿LCD显示模块IlTTS语音合成模块I 电容传感器的误差主要来自边沿电缆的电容和寄生的影响 电容和外界温度的影响，主要因素是环境温度的变化。由于介电常数随温度会发生很大的变化，从而造成较大的液位坝误差. 图4设计的硬件电路是AT89C51单片机。 案例中采用了DALLAS公司的单线温度集成传感器内核，采用555定时器实现电容变频。 DS18B20，对环境温度进行采集，然后借助软件查表法DS18B20实现温度补偿。

测量结果通过SPI直接补偿环境温度对液位测量造成的误差。 送到XF-$4240进行语音合成，然后音频经过LM386放大驱动喇叭发音。 在系统中，设计了一个3系统软硬件设计的128×64点阵液晶显示模块和一个4×4薄膜键盘作为3.1系统总体结构系统的输入输出接口。 语音播报式电容式液位计总体框图如图3所示，图4为语音播报式电容式液位计硬件设计图 3.2 555频率信号测量 3.3 XF-$4240语音合成模块及其电路设计 振荡信号通过单片机采用频率或周语音合成技术，将文字信息转换成声音信息。 在嵌入式应用中，最具代表性的是：iFlytek XF High，所以采用频率法测量555输出信号通过光电耦合器$4240和XF-$4041CN以及御印天下的SYN6288j。 合并后送至单片机的11D计数输入端，完成频率制程。 选用科大信飞的XF-$4240语音合成模块。 测量。 本模块支持GB2312、GBK、BIG5（接第24页）24 2015 Phase 1工业仪器仪表及自动化设备控制系统的开发应用，实现了设备的计算机真4控制系统的调试与实现。 4.1 PLC控制系统模拟调试投资大型计算机控制系统，减轻操作人员的劳动强度，减少控制系统运行的PLC程序，模拟启动、液位、温度等输入故障。 频率，提高产品质量和生产效率。

同时也输入信号，观察PLC的输出指示灯，看是否满足其他小型生产设备计算机控制和监控搅拌的设计和控制要求电容式液位计模块，如果不满足需求，修改PLC程序，直接发送。 直到满足控制要求。 参考资料： 4.2 MCGS监控界面的调试[1]华一清． 化工装置设备中搅拌器的选择[J]. 化工设备运行正确的 PLC 程序，运行 MCGS 配置项目，计划，20o4，14(6)：10-12。 [2] 杜彦，易启智，谢长聪． 基于组态软件MCGS的化碱观测搅拌设备微机控制系统监控界面动画显示实验开发与实践[J]. 计算机与应用化学, 2009, 是否根据控制要求模拟显示过程的运行过程, if 26(4): 465-468. 如果有问题，检查PLC通道连接和动画连接，排除连孙涵和吴长军。 基于PLC交通信号灯控制系统，错误连接MCGS，使动画显示与PLC运行一致。 在组态软件中的实现[J]． 工业控制计算机, 2009, 22 4.3 搅拌设备与控制系统联调(3): 75, 97. 连接PLC与现场设备的控制接线，仔细检查有无[4]张志田。 基于MCGS组态软件的三维立体仓库控制系统在查错后运行PLC程序，运行MCGS监控界面，观察[J]. 湖南工业职业技术学院学报, 2008, 8(2): 8-9. MCGS监控界面是否与现场设备运行一致，[5]蔡建刚，赵晓东，陈兆兴，等。 如果基于PLC控制的航空碳不一致，仔细检查每个输入输出通道，直到设计开发的模拟碳复合X射线数字成像检测装置的工艺运行状态与实际工艺状态一致。

[J]. 电气自动化, 2013, 35(1): 101-103. [6] 王磊，沙漠，李苏，等． 基于MCGS的交通灯控制系统5结论设计[J]． 国外电子测量技术, 2009, 28(3): 42-43. 『7】保建华． 基于MCGS组态软件的机械手控制系统[J]. 基于MCGS软件的聚丙烯催化剂搅拌装置计算机军工自动化, 2007, 26(8): 56-57. (上接24页)和UNICODE四种汉字和英文字母内码电容式液位计模块，支持计量制，讨论导电或不导电液体的非男/女读音，并可灵活调整语速和语调和音量。 同样的测量手段和电容电平转换关系。 本文将系统的语音模块通过SPI接口与单片机连接，并对各部分的硬件结构、硬件电路和软件实现进行了说明，以指示工作状态模块的RDY引脚，单片机的INT1有详细说明。 具有语音播报功能，系统可以为用户提供方针连接。 音频功放电路采用LM368音频放大器，是一种方便灵活的液位测量方案。 输出可以直接驱动扬声器。 参考文献： 3.4 软件系统设计[1]张草龙． 电容式液位计信号转换电路的研究与设计 [D]. 系统软件首先实现单片机的I1/0口，中断系统，电子科技大学，2013。定时器等外部设备初始化，然后进入工作循环。

[2] 阮亚杰． 智能电容式液位计系统设计[J]． 仪器技术，周期性轮流更新电容和温度测量数据，计算液位测量2002(6)：15-16。 [3] 尹一梅，董文． 改进型电容式液位计[J]． 水力采煤及赋值，然后更新LCD显示，并将相关信息发送给1Trs模型管道运输，2005(3): 21-22, 11.区块语音播报，然后读取用户关键信息完成相 [4] 曹碧华，赖万昌，王汉斌． 基于555定时器，关闭了v/F转换功能。 电路分析与应用[J]． 电子质量, 2011(1): 44-46. 语音合成程序按照以下步骤进行操作： 如果对语音进行判别 [5] Zou Yimin。 基于rwus模块的语音播报红外数字体温计 模块处于就绪状态时，会依次发送帧头、总字节数、计数值[J]. 世界电子元器件, 2013(2): 48-49, 56. 语音合成命令码、语音合成格式控制码及待合成文本[6] 朱志伟，刘向云． 1 基于SYN6288的Trs语音系统[J]. 这样，语音模块就会根据设置的命令完成TTs的转换。 单片机与嵌入式系统应用, 2012(9): 75-77. [7] 黄华，钟远昌． 1 Trs在智能公交站台广播系统中的应用 4 结语[J]． 自动化仪表, 2012(8): 24-26, 30. 本文研究了一种基于单片机的简易电容式液位传感器