2 系统方案设计

2.1功能要求和设计原则

考虑到水库的实际需求，此次设计需要满足的功能要求有：保证供水系统的可靠、稳定，提高经济效益，减少工作人员的劳动强度，实现水库液位的自动测控，使得系统能自动调整库区水位的高低，通过对液面高度变化的显示可以得知流量的变化情况以及到库区液位极限值的时间。当水位下降到一定程度的时候，控制器自动接通电源，关闭小闸；当水位上升到一定高度的时候，则开大闸。若因为某种原因控制失灵，水位继续上升或者下降到极限高度，则由蜂鸣器以及双色LED指示灯发出报警信号。

通过有效的分析和研究此次设计的功能要求，需要坚持以下设计原则：所选择的器件要方便、简单，后期维护不复杂；要选择精度性好、可靠性相当稳定、抗干扰能力强的设计方案；要考虑干扰问题，比如：此次设计方案中设计到使用超声波传感器，超声波容易受到温度的干扰，所以在设计的时候，要考虑到温度补偿；最后，要能够实现产品再次的开发与利用，这样才可以继续拓展。

2.2设计方案的选择

    液位测量仪表的种类有很多，它们的性能等各项指标以及所适应的环境也各不相同，经过仔细研究这些液位测量仪表的优缺点，下面便具体的来介绍几种液位测量的方案。

方案一：传统的浮子式监测液位 文献综述

    浮子式液位测量法是一种比较传统的测量方法，在测量液位时，浮子必须与水面接触，才能获得相应的液位信息。因为用这种方法去测量液位比较简单，此测量装置也不复杂，所以，浮子式液位计的使用在我国的应用较为广泛，测量时的原理图如图2-1所示。

浮子式液位计在工作时，对水面进行检测的浮子球紧紧的与水面接触，并且随着水面变化而变化，通过观察与浮子球相连接的标尺，从而得到液位信息。通过各个装置之间联动的作用，水库中浮在在水面上的浮子会随着水位的上升和下降从而上下不断的浮动，通过连杆和转轴的衔接，带动着平衡重不断的转动，于是水平上下不断运动的水位便转化成了平衡重的转动，从而输出信号，这些电信号传递到计算机，我们便可以使用计算机来进行一系列有关程序的内部处理，这样就得到了水位的高度，便可以对水库的液位进行简单的控制、处理以及显示[3]。

图2-1  浮子式测量原理图

用浮子式液位计这种记录水位的方式是最基本的一种记录方式，它的优点也比较多，比如简单直观、方式可靠、测量精度也较高等，最重要的是它价格便宜，所以会受到很多公司企业的青睐。

然而，这种液位计也有它存在的问题，首先，这种记录水位的方式太过单一，现如今我们的生产生活正越来越趋于自动化，单一的方式早已不再适应我们的需求了；其次，这种液位计必须安装在水库的内部，这样安装的要求会比较高，需要一定的技术含量，而且这种机械装置会产生较大的误差，比如浮球上面的污物、杠杆或转轴生锈、发生摩擦等原因，这些因素都会影响到水库液位的测量与控制。

方案二：差压式液位计

除了传统的浮子式测量，还有通过测量压力差获取水位信息差压测量方式。液位高度的上下浮动便会产生对容器底部或者侧面某一点上的压力，利用其所产生的压力不同从而达到对容器内部的液位进行测量的效果，把测量压力信息通过压力传感器转化为等量的电信号，通过计算测得液位数据。当我们在使用这种方法来测量液位的时候，首先要考虑一下液体的密度ρ，并且必须要保证密度不会受到影响而变化。即使做到这些，这种方法的精确度还是会存在很大的误差。目前，大多数研究人员会选择利用双差压法[4]，来减少密度对于液位测量产生的一些影响。此外，在使用这种方法来测量不是密闭的容器的液位时，还要考虑外界大气压的影响。在我国，这种测量方式大多适用于油罐、药罐或者某些轻工业等储罐内的液体测量，差压式的工作原理图如图2-2所示。