感应式数字水位传感器设计方案

感应式数字水位传感器设计方案

　　电路原理分析

　　从感应式数字水位传感器的原理可以得出：流入水位传感器的电流与水位是成线性变化的，而且当水位固定不变化时，流入水位传感器的电流是确定值。现假设水位的变化是△L，电流的变化是△I1，于是△I1=K·△L(其中K是比例系数)。

　　 滤波电路分析

　　另外，信号调理电路中还设计滤波电路，是为了滤去测量现场的干扰，例如电气干扰、电磁干扰，使系统的信噪比增加。如图2所示，电阻R2和电容C1组成简单的无源RC低通滤波器。电阻R3、R7，电容C2及运放组成一阶反相输入RC有源低通滤波器，有源滤波器比无源滤波器具有更优越的性能，提高了频率特性值，改善了选择性。

　    2 4～20mA输出电路

　　AD421是ADI公司推出的一款单片高性能数模转换器(DAC)。它由电流环路供电，16位数字信号以串行方式输入，4～20 mA电流输出，在智能仪表方面应用广泛。AD421与单片机的连接主要有串行数据输入端和控制端，在时钟CLOCK作用下，输入移位寄存器把DATA引脚上的数据逐位读入，LATCH锁存脉冲把寄存器中的数据锁存到DAC中。根据其工作原理，AD421与C8051F020芯片的接口电路如图3所示。AD421的数据接口和单片机P3．0口相连，用来接收16位的串行数据。单片机P3．6口用来产生时钟信号，而P3．5口用来产生锁存信号。在实际应用 中，为了保证信号的传输，一般要在单片机和AD421之间加入隔离器件，实现通讯的隔离，常用的方法有使用ADI推出的ADUM系列隔离器件，比如ADuM 1310，或者使用光耦。在这里，采用光耦来实现通讯的隔离。

　　 RS485接口电路

　　单片机C8051F020的P2．0、P2．1及P3．7通过MAX485与PC机相连，进行串行通信，如图4所示。P3．7控制MAX485的状态，接收或发送，用软件控制。P2．1为单片机的串行输入端，接收PC机通过MAX485向单片机发送的数据，P2．0为单片机的串行输出端，通过MAX485发送给PC机。

　　系统软件设计

　　本系统采用C8051F020单片机为核心处理器件，把经过调理电路处理的感应式数字传感器的电流信号经模数转换数字化，存入单片机内部存储器，并转化为16位的数字信号，一路送AD421转化为4～20 mA标准电流信号，进行传输或控制；另外一路通过MAX485，在上位机查询命令到达的时候发送上位机，实现实时的监控。本传感器变送器系统软件包括以下几个部分：主程序、AD采集子程序、数据处理子程序、AD421转化子程序、MAX485通信子程序，另外，根据需要可以加入报警子程序和其他的辅助程序等。整个系统主程序流程图如图5所示。

　　结论

　　该系统在进行了各个部分的仿真及电路板搭建试验后，实验证明是可行的，可以实现原传感器的改进和升级，增强了原有传感器的功能，节约了成本，组网更加方便。