一种基于STM32F103的电机油位测量装置设计

作者:曹庆皎;王静爽;李铁源;王奕卓 刊名:科技创新与应用 上传者:邵建峰

【摘要】电机是工业生产中极为重要的一个组成部分,保证它的正常运行需要多方面配合,其中润滑油就是其中关键一项,对于电机油位的高低测量是一个重要方面。随着科技的进步,油位检测技术也已由初期的人工观察发展为现在的自动检测。文章主要介绍的是以STM32F103为中心控制芯片,并配合各个不同功能模块设计的装置。该装置可以实时精确检测,进行相应的显示控制。

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随着当今生产力水平的飞速发展,工业生产技术也快速发展,对大电机的使用要求也越来越严格,电机油箱油位的测量技术也随之发生改变。传统对电机油箱油位的检测是靠人为观察或者浮子阀控制,难以实时获取油箱液位的精确数值,不能及时采取相应措施,易发生严重事故,给工业生产带来不必要的重大损失,所以需要一种更稳定、安全、有效的油位测量方式。根据电机油箱具有密封、易燃等特点,本文选择采用非接触式液位测量,提出利用超声波传感器和相应模块制作测量、显示装置来检测电机油箱液位的方法。本装置具有体积小、安装简便、成本投入低、安全可靠,性价比高等优点。1电机油位测量显示装置的设计本装置是依据超声波传感器的“发出脉冲——接收回波测距”原理进行设计的。超声波是振动频率高于20k Hz的声波,具有沿直线传播、能穿透物体和在遇到障碍物(介质改变)时可以反射声波的特点,所以本装置是由超声波发射探头发射一定频率的超声波,超声波在传播过程中遇到油面时被反射回来,经过T时间,超声波接收探头便能接收到从油面处反射回来的声波。假设超声波发射探头到油面的距离为H,又可知声波在空气中的传播速度为V,则H=V*T/2。当测量出超声波发射探头到油箱底部的距离L,就可以得出被测量的油位高度h=L-H。电机油位测量显示装置的设计总体框图如图1所示。当控制芯片STM32F103输出控制信号后,由超声波发射探头向外发射一定频率的超声波信号,经油面反射,由超声波接收探头接收,接收到的信号作为控制芯片的输入信号,控制芯片将信号与设定值比较,并按某种控制规律对差值进行计算,将运算结果传送给油位显示电路,并根据相关设定的参数要求看是否进行报警或驱动油泵补油等相应操作。2硬件电路设计本装置硬件电路的设计主要是完成模拟电路和数字电路两部分,包括:核心电路、超声波发射电路、超声波接收电路、油位显示电路、报警电路、驱动电路和矩阵按键电路等设计。2.1核心电路核心电路主要由五部分组成,而每部分具有各自的特点。核心电路接线图如图2所示,主要包括复位、晶体振荡器、TTL电平串口、通用I/O口、电源与接地等组成部分。2.2超声波发射电路在超声波的发射电路中,采用555时基电路作为超声波脉冲信号发生器。控制芯片从管脚PB0输出控制信号,经高速光电耦合器隔离,将该信号送入555时基电路,然后利用555时基电路产生40k Hz的超声波,再将40k Hz的超声波送入超声波发射探头发射。本装置中使用的控制芯片STM32F103系统电源电压为3.3V,555定时器的电源电压是12V。图1电机油位测量显示装置框图2.3超声波接收电路超声波的接收电路主要使用的是CX20106芯片,它是一款红外线检波接收专用芯片。当超声波接收探头接收到40k Hz的信号时,使用CX20106集成芯片对40k Hz信号进行放大、滤波,然后在输出端产生一个低电平下降脉冲,这个脉冲连接到控制芯片的管脚PB1作为信号输入。2.4液位显示电路液位显示电路选择的是LCD1602显示模块,它是专门显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。具有操作简便、耗电量低、显示稳定等优点。2.5报警电路报警电路由蜂鸣器、三极管、发光二极管和一个电阻组成。当报警电路输入端接收到控制芯片发出的低电平信号时,三极管起放大作用,然后报警装置启动。当油位过低时,报警装置启动,L1发光二极管闪烁发光,同时油泵自动给油箱中加油,直至油位正常,L1停止闪烁。当油位过高时,报警装置开始运行,蜂鸣器发出警报,L2发光二极管开始以每秒一次的频率闪烁,油泵停止工作。2.6驱动电路驱动电路主要元件包括光电耦合器、双向晶闸

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