利用LabVIEW设计了一套适用于工业自动化领域的多通道液位监控系统，提升了稳定性与可靠性，实现了对 3 个独立容器的液位实时监测、自动控制及安全保护功能。
应用场景
工业场景：化工储罐液位监控、污水处理池多池液位联动控制、食品饮料行业多生产线储液罐管理。
民用场景：高端智能楼宇水箱液位监测、农业大棚多灌溉池自动补水系统。
硬件选型
模块 | 原方案 | 升级方案（大品牌） | 核心优势 |
主控芯片 | STC89C52RC | STM32F103RCT6（ST 意法半导体） | 处理速度快（72MHz 主频）、集成 FPU、支持 USB 通信 |
传感器 | HC-SR04 | Honeywell UDC 系列超声波传感器 | 测量精度 ±1mm、抗干扰能力强、适应工业环境 |
继电器模块 | 普通继电器 | 欧姆龙 G6D 系列固态继电器 | 响应时间 < 10ms、高寿命（10 万次以上）、低功耗 |
显示模块 | LCD1602 | 威纶通 MT6071iE 触摸屏（7 英寸） | 支持图形化界面、触控操作、数据曲线实时显示 |
通信模块 | 串口通信 | 西门子 CP243-1 以太网模块 | 支持工业以太网协议（Modbus TCP）、远程监控 |
软件架构
上位机（LabVIEW 开发）
界面层：
前板设计：3 个动态液罐控件实时显示液位高度，支持设定值输入（数值输入框）、实际值显示（仪表盘）、状态指示灯（绿色 - 正常，红色 - 超限）。
功能按钮：“自动 / 手动” 模式切换、报警阈值设置、数据导出（Excel 格式）。
逻辑层：
通信模块：通过 Modbus TCP 协议与 STM32 通信，定时读取液位数据（100ms 间隔），发送控制指令（继电器启停）。
控制算法：基于 PID 的液位闭环控制，根据设定值与实际值偏差自动调节进 / 出水阀开度。
报警模块：当液位超过上限 / 低于下限时，触发声音报警并记录日志（含时间戳、通道号、液位值）。
下位机（STM32 开发）
传感器驱动：
霍尼韦尔传感器：通过定时器测量超声波脉冲时间，计算液位高度（公式：距离 = 声速 × 时间 / 2），每秒采样 5 次取平均值。
继电器控制：
双继电器冗余设计：每个通道由 2 个欧姆龙继电器串联控制（工作继电器 + 保护继电器），避免单点故障。
安全保护：
双浮球开关（施迈赛品牌）：当系统失控时，浮球开关直接切断继电器电源，强制停止水泵动作。
具体功能
多通道实时监测
数据采集：3 个通道独立采集，支持同时显示设定值与实际值（精度 0.1cm），历史数据可通过趋势图回溯（最近 24 小时）。
异常标记：当某通道液位连续 3 次超过阈值时，该通道液罐控件闪烁提示。
自动控制功能
模式切换：
自动模式：根据设定值自动启停水泵（如液位低于下限 2cm 时启动进水阀，高于上限 1cm 时启动排水阀）。
手动模式：通过上位机按钮直接控制继电器，用于调试或应急操作。
联动控制：支持跨通道逻辑联动（如通道 1 液位高于 90cm 时，自动触发通道 2 排水）。
安全保护体系
硬件保护：双浮球开关（上 / 下限位）直接接入 STM32 GPIO，优先级高于软件控制，确保断电或程序崩溃时仍能停机。
软件保护：设置 “安全窗口”（设定值 ±5cm），超出范围时自动切换为手动模式并报警。
问题与解决
问题 1：传感器抗干扰不足
现象：工业环境中电机启停导致超声波信号误触发，测量值波动 ±5cm。
解决方案：
硬件：更换为霍尼韦尔 UDC 系列传感器，内置数字滤波算法，支持环境噪声抑制。
软件：在 LabVIEW 中增加中值滤波（窗口大小 5），剔除异常脉冲。
问题 2：多线程通信卡顿
现象：3 通道同时传输数据时，上位机界面刷新延迟明显（>500ms）。
解决方案：
硬件：升级为西门子 CP243-1 以太网模块，带宽提升至 100Mbps，支持 TCP/IP 协议分流传输。
软件：在 LabVIEW 中使用 “生产者 - 消费者” 架构，将数据接收、处理、显示分线程执行。
问题 3：继电器触点烧蚀
现象：频繁启停水泵导致继电器触点氧化，接触不良。
解决方案：
硬件：更换为欧姆龙 G6D 固态继电器（无触点设计），寿命提升至 10 万次以上，支持高频操作（≤10 次 / 秒）。
软件：增加继电器启停延时（500ms），避免短时间内频繁切换。
根据具体场景调整传感器类型（如替换为雷达液位计）、扩展通道数（通过RS485 总线支持最多 32通道），或集成SCADA 系统实现更高级别的集中管控。
