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感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器智能變送器設(shè)計

作者: 時間:2011-08-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

2 系統(tǒng)硬件
2.1 信號調(diào)理電路
由于輸出的是非標(biāo)準(zhǔn)電流信號,而C8051F020單片機的ADC模塊要求為電壓信號,所以需要對的輸出信號進行轉(zhuǎn)換,因此了信號調(diào)理電路,該電路能夠?qū)崿F(xiàn)將輸出的0.1~16 mA電流信號轉(zhuǎn)換為1~2.4 V的電壓信號,并且可以實現(xiàn)對傳感的供電,其原理圖如圖2所示。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/155972.htm

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2.1.1 電路原理分析
傳感器的原理可以得出:流入水位傳感器的電流與水位是成線性變化的,而且當(dāng)水位固定不變化時,流入水位傳感器的電流是確定值?,F(xiàn)假設(shè)水位的變化是△L,電流的變化是△I1,于是△I1=K·△L(其中K是比例系數(shù))。在分析帶有運算放大器的電路時,總是把它看成理想運放。根據(jù)理想運放的分析方法設(shè)輸出電壓變化為△Vo,則可以得到
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其中
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因此可以上式看出:輸出電壓的變化△Vo與水位的變化△L成正比例線性變化。其中調(diào)節(jié)電位器R6和電位器R2可以保證輸出電壓Vo在1~2.4 V范圍內(nèi)變化。R6是調(diào)節(jié)零點電位器,R2是調(diào)節(jié)滿度電位器。
2.1.2 濾波電路分析
另外,信號調(diào)理電路中還濾波電路,是為了濾去測量現(xiàn)場的干擾,例如電氣干擾、電磁干擾,使系統(tǒng)的信噪比增加。如圖2所示,電阻R2和電容C1組成簡單的無源RC低通濾波器。電阻R3、R7,電容C2及運放組成一階反相輸入RC有源低通濾波器,有源濾波器比無源濾波器具有更優(yōu)越的性能,提高了頻率特性值,改善了選擇性。
2.2 4~20mA輸出電路
AD421是ADI公司推出的一款單片高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。它由電流環(huán)路供電,16位數(shù)字信號以串行方式輸入,4~20 mA電流輸出,在儀表方面應(yīng)用廣泛。AD421與單片機的連接主要有串行數(shù)據(jù)輸入端和控制端,在時鐘CLOCK作用下,輸入移位寄存器把DATA引腳上的數(shù)據(jù)逐位讀入,LATCH鎖存脈沖把寄存器中的數(shù)據(jù)鎖存到DAC中。根據(jù)其工作原理,AD421與C8051F020芯片的接口電路如圖3所示。AD421的數(shù)據(jù)接口和單片機P3.0口相連,用來接收16位的串行數(shù)據(jù)。單片機P3.6口用來產(chǎn)生時鐘信號,而P3.5口用來產(chǎn)生鎖存信號。在實際應(yīng)用中,為了保證信號的傳輸,一般要在單片機和AD421之間加入隔離器件,實現(xiàn)通訊的隔離,常用的方法有使用ADI推出的ADUM系列隔離器件,比如ADuM 1310,或者使用光耦。在這里,采用光耦來實現(xiàn)通訊的隔離。

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