一種新型液位傳感器及變送器的設計
發(fā)布時間:2008/5/29 0:00:00 訪問次數(shù):446
徐群,王樹勇
在石油化工、水利水電、農(nóng)田灌溉、環(huán)境監(jiān)測以及自來水廠、污水處理廠等眾多領域，液位(水位)是一個重要的技術參數(shù)。目前常用的液位傳感器有：旋轉編碼浮子式傳感器(機械式和光電式)、非接觸式超聲波傳感器、壓力式傳感器、磁浮子接點式傳感器(連續(xù)式和液位開關式)等。其分辨率從毫米級到厘米級不等，測量范圍從幾十厘米到幾十米。除磁浮子接點式傳感器外，其余傳感器均比較適合測量范圍較寬的應用場合。一般壓力式和超聲波傳感器均帶有變送部分，即將液位信號轉換成標準電流信號(4~20ma)。旋轉編碼浮子式傳感器分為機械式和光電式兩種，光電式又分為絕對型和增量型。這類傳感器輸出通常為并行二進制碼、串行二進制碼和脈沖信號。除智能型一體化傳感器外(壓力式或超聲波)，一般沒有就地顯示和數(shù)字通信功能。
對于諸如農(nóng)田灌溉、環(huán)境監(jiān)測、污水處理等公益性部門，除測量精度、可靠性、可維護、易安裝等技術性能要求外，價格也是直接影響傳感器選用的重要因素之一。為此，我們研制了一種基于磁浮子接點式小量程(≤150cm)就地顯示、并具有rs-485通信接口和4~20ma輸出的廉價液位傳感器。
傳感器組成及原理
傳感器主要由以1cm間隔均勻分布的干簧管陣列、全密封不銹鋼防護管、球型磁浮子、檢測電路、變送電路及l(fā)cd顯示器等組成。其基本原理是檢測干簧管陣列中某一個或幾個干簧管觸點閉合狀態(tài)來表示球型磁浮子位置，即液面位置。一般的檢測方法是采用電阻分壓方式，其輸出電壓vo是第i個閉合干簧管的分壓值。這種測量方法需精確穩(wěn)定的電源ve和分壓電阻r，通過適當?shù)淖儞Q電路(v/i)，可獲得4~20ma標準電流輸出。但是，如果多個干簧管同時接通，就會影響其分壓電阻比，產(chǎn)生較大的測量誤差。若在測量中產(chǎn)生一個或多個干簧管永久性導通(干簧管失效)，則測量無法正常進行。為避免這種情況發(fā)生，增強傳感器的適應性(現(xiàn)場顯示和通信)，我們結合工程實踐，提出了采用類似鍵盤掃描的一種新檢測方法，有效解決了這一問題。
檢測電路由一片89c2051單片機和若干分布在測桿內(nèi)干簧管陣列電路板上的串—并移位寄存器74hc164構成類似掃描鍵盤陣列電路結構。干簧管位于行和列的交叉點上。
通過控制移位寄存器的輸出，使各列依次變?yōu)榈碗娖?“0”)狀態(tài)，然后檢測各行(p1.0~p1.3)的狀態(tài)。如果某行為低電平(“0”)狀態(tài)，則該行與處于低電平狀態(tài)列的交叉點上的干簧管為閉合狀態(tài)，由此就確定了浮子的位置，即液面位置。由于任一干簧管的位置是唯一確定，故對應于任一干簧管的液位也就唯一確定了。
變送器電路采用美國ad公司的高性能數(shù)模轉換器ad421芯片。其采用σ-δdac結構，16位分辨率，標準三線串行數(shù)據(jù)輸入接口，4~20ma電流環(huán)路輸出。變送器24v電源經(jīng)過片內(nèi)電壓調整電路和調整管(dn25d)，可提供+5v、+3.3v或+3v的外部電路工作電源。同時還能提供+1.25v、+2.5v基準電源。
電容c1、c2、c3與片內(nèi)dac后時序濾波器相聯(lián)，cpu可以在時鐘端clock的上升沿將數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)端data，輸入至內(nèi)部移位寄存器，在latch上升沿鎖存到dac鎖存器，從而完成數(shù)字信號到4~20ma標準電流信號的轉換。
軟件設計
89c2051內(nèi)置2k flash程序存儲器，用來存放用戶程序。程序采用模塊化設計方法，主要包括干簧管接點掃描子程序、液位計算子程序、d/a輸出控制子程序、lcd顯示子程序以及rs-485通信子程序等。干簧管接點掃描子程序通過逐列掃描，按行讀入各干簧管觸點狀態(tài)，并將其映射到20h開始的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲單元中，其程序如下：
；干簧管接點掃描子程序
scan：mov r7，x；設置循環(huán)計數(shù)初值=74hc164芯片數(shù)×4
mov r0，#20h；設置存儲單元指針初值
clr p1.5；使74hc164串行輸入為“0”
對于諸如農(nóng)田灌溉、環(huán)境監(jiān)測、污水處理等公益性部門，除測量精度、可靠性、可維護、易安裝等技術性能要求外，價格也是直接影響傳感器選用的重要因素之一。為此，我們研制了一種基于磁浮子接點式小量程(≤150cm)就地顯示、并具有rs-485通信接口和4~20ma輸出的廉價液位傳感器。
傳感器組成及原理
傳感器主要由以1cm間隔均勻分布的干簧管陣列、全密封不銹鋼防護管、球型磁浮子、檢測電路、變送電路及l(fā)cd顯示器等組成。其基本原理是檢測干簧管陣列中某一個或幾個干簧管觸點閉合狀態(tài)來表示球型磁浮子位置，即液面位置。一般的檢測方法是采用電阻分壓方式，其輸出電壓vo是第i個閉合干簧管的分壓值。這種測量方法需精確穩(wěn)定的電源ve和分壓電阻r，通過適當?shù)淖儞Q電路(v/i)，可獲得4~20ma標準電流輸出。但是，如果多個干簧管同時接通，就會影響其分壓電阻比，產(chǎn)生較大的測量誤差。若在測量中產(chǎn)生一個或多個干簧管永久性導通(干簧管失效)，則測量無法正常進行。為避免這種情況發(fā)生，增強傳感器的適應性(現(xiàn)場顯示和通信)，我們結合工程實踐，提出了采用類似鍵盤掃描的一種新檢測方法，有效解決了這一問題。
檢測電路由一片89c2051單片機和若干分布在測桿內(nèi)干簧管陣列電路板上的串—并移位寄存器74hc164構成類似掃描鍵盤陣列電路結構。干簧管位于行和列的交叉點上。
通過控制移位寄存器的輸出，使各列依次變?yōu)榈碗娖?“0”)狀態(tài)，然后檢測各行(p1.0~p1.3)的狀態(tài)。如果某行為低電平(“0”)狀態(tài)，則該行與處于低電平狀態(tài)列的交叉點上的干簧管為閉合狀態(tài)，由此就確定了浮子的位置，即液面位置。由于任一干簧管的位置是唯一確定，故對應于任一干簧管的液位也就唯一確定了。
變送器電路采用美國ad公司的高性能數(shù)模轉換器ad421芯片。其采用σ-δdac結構，16位分辨率，標準三線串行數(shù)據(jù)輸入接口，4~20ma電流環(huán)路輸出。變送器24v電源經(jīng)過片內(nèi)電壓調整電路和調整管(dn25d)，可提供+5v、+3.3v或+3v的外部電路工作電源。同時還能提供+1.25v、+2.5v基準電源。
電容c1、c2、c3與片內(nèi)dac后時序濾波器相聯(lián)，cpu可以在時鐘端clock的上升沿將數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)端data，輸入至內(nèi)部移位寄存器，在latch上升沿鎖存到dac鎖存器，從而完成數(shù)字信號到4~20ma標準電流信號的轉換。
軟件設計
89c2051內(nèi)置2k flash程序存儲器，用來存放用戶程序。程序采用模塊化設計方法，主要包括干簧管接點掃描子程序、液位計算子程序、d/a輸出控制子程序、lcd顯示子程序以及rs-485通信子程序等。干簧管接點掃描子程序通過逐列掃描，按行讀入各干簧管觸點狀態(tài)，并將其映射到20h開始的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲單元中，其程序如下：
；干簧管接點掃描子程序
scan：mov r7，x；設置循環(huán)計數(shù)初值=74hc164芯片數(shù)×4
mov r0，#20h；設置存儲單元指針初值
clr p1.5；使74hc164串行輸入為“0”
徐群,王樹勇
在石油化工、水利水電、農(nóng)田灌溉、環(huán)境監(jiān)測以及自來水廠、污水處理廠等眾多領域，液位(水位)是一個重要的技術參數(shù)。目前常用的液位傳感器有：旋轉編碼浮子式傳感器(機械式和光電式)、非接觸式超聲波傳感器、壓力式傳感器、磁浮子接點式傳感器(連續(xù)式和液位開關式)等。其分辨率從毫米級到厘米級不等，測量范圍從幾十厘米到幾十米。除磁浮子接點式傳感器外，其余傳感器均比較適合測量范圍較寬的應用場合。一般壓力式和超聲波傳感器均帶有變送部分，即將液位信號轉換成標準電流信號(4~20ma)。旋轉編碼浮子式傳感器分為機械式和光電式兩種，光電式又分為絕對型和增量型。這類傳感器輸出通常為并行二進制碼、串行二進制碼和脈沖信號。除智能型一體化傳感器外(壓力式或超聲波)，一般沒有就地顯示和數(shù)字通信功能。
對于諸如農(nóng)田灌溉、環(huán)境監(jiān)測、污水處理等公益性部門，除測量精度、可靠性、可維護、易安裝等技術性能要求外，價格也是直接影響傳感器選用的重要因素之一。為此，我們研制了一種基于磁浮子接點式小量程(≤150cm)就地顯示、并具有rs-485通信接口和4~20ma輸出的廉價液位傳感器。
傳感器組成及原理
傳感器主要由以1cm間隔均勻分布的干簧管陣列、全密封不銹鋼防護管、球型磁浮子、檢測電路、變送電路及l(fā)cd顯示器等組成。其基本原理是檢測干簧管陣列中某一個或幾個干簧管觸點閉合狀態(tài)來表示球型磁浮子位置，即液面位置。一般的檢測方法是采用電阻分壓方式，其輸出電壓vo是第i個閉合干簧管的分壓值。這種測量方法需精確穩(wěn)定的電源ve和分壓電阻r，通過適當?shù)淖儞Q電路(v/i)，可獲得4~20ma標準電流輸出。但是，如果多個干簧管同時接通，就會影響其分壓電阻比，產(chǎn)生較大的測量誤差。若在測量中產(chǎn)生一個或多個干簧管永久性導通(干簧管失效)，則測量無法正常進行。為避免這種情況發(fā)生，增強傳感器的適應性(現(xiàn)場顯示和通信)，我們結合工程實踐，提出了采用類似鍵盤掃描的一種新檢測方法，有效解決了這一問題。
檢測電路由一片89c2051單片機和若干分布在測桿內(nèi)干簧管陣列電路板上的串—并移位寄存器74hc164構成類似掃描鍵盤陣列電路結構。干簧管位于行和列的交叉點上。
通過控制移位寄存器的輸出，使各列依次變?yōu)榈碗娖?“0”)狀態(tài)，然后檢測各行(p1.0~p1.3)的狀態(tài)。如果某行為低電平(“0”)狀態(tài)，則該行與處于低電平狀態(tài)列的交叉點上的干簧管為閉合狀態(tài)，由此就確定了浮子的位置，即液面位置。由于任一干簧管的位置是唯一確定，故對應于任一干簧管的液位也就唯一確定了。
變送器電路采用美國ad公司的高性能數(shù)模轉換器ad421芯片。其采用σ-δdac結構，16位分辨率，標準三線串行數(shù)據(jù)輸入接口，4~20ma電流環(huán)路輸出。變送器24v電源經(jīng)過片內(nèi)電壓調整電路和調整管(dn25d)，可提供+5v、+3.3v或+3v的外部電路工作電源。同時還能提供+1.25v、+2.5v基準電源。
電容c1、c2、c3與片內(nèi)dac后時序濾波器相聯(lián)，cpu可以在時鐘端clock的上升沿將數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)端data，輸入至內(nèi)部移位寄存器，在latch上升沿鎖存到dac鎖存器，從而完成數(shù)字信號到4~20ma標準電流信號的轉換。
軟件設計
89c2051內(nèi)置2k flash程序存儲器，用來存放用戶程序。程序采用模塊化設計方法，主要包括干簧管接點掃描子程序、液位計算子程序、d/a輸出控制子程序、lcd顯示子程序以及rs-485通信子程序等。干簧管接點掃描子程序通過逐列掃描，按行讀入各干簧管觸點狀態(tài)，并將其映射到20h開始的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲單元中，其程序如下：
；干簧管接點掃描子程序
scan：mov r7，x；設置循環(huán)計數(shù)初值=74hc164芯片數(shù)×4
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對于諸如農(nóng)田灌溉、環(huán)境監(jiān)測、污水處理等公益性部門，除測量精度、可靠性、可維護、易安裝等技術性能要求外，價格也是直接影響傳感器選用的重要因素之一。為此，我們研制了一種基于磁浮子接點式小量程(≤150cm)就地顯示、并具有rs-485通信接口和4~20ma輸出的廉價液位傳感器。
傳感器組成及原理
傳感器主要由以1cm間隔均勻分布的干簧管陣列、全密封不銹鋼防護管、球型磁浮子、檢測電路、變送電路及l(fā)cd顯示器等組成。其基本原理是檢測干簧管陣列中某一個或幾個干簧管觸點閉合狀態(tài)來表示球型磁浮子位置，即液面位置。一般的檢測方法是采用電阻分壓方式，其輸出電壓vo是第i個閉合干簧管的分壓值。這種測量方法需精確穩(wěn)定的電源ve和分壓電阻r，通過適當?shù)淖儞Q電路(v/i)，可獲得4~20ma標準電流輸出。但是，如果多個干簧管同時接通，就會影響其分壓電阻比，產(chǎn)生較大的測量誤差。若在測量中產(chǎn)生一個或多個干簧管永久性導通(干簧管失效)，則測量無法正常進行。為避免這種情況發(fā)生，增強傳感器的適應性(現(xiàn)場顯示和通信)，我們結合工程實踐，提出了采用類似鍵盤掃描的一種新檢測方法，有效解決了這一問題。
檢測電路由一片89c2051單片機和若干分布在測桿內(nèi)干簧管陣列電路板上的串—并移位寄存器74hc164構成類似掃描鍵盤陣列電路結構。干簧管位于行和列的交叉點上。
通過控制移位寄存器的輸出，使各列依次變?yōu)榈碗娖?“0”)狀態(tài)，然后檢測各行(p1.0~p1.3)的狀態(tài)。如果某行為低電平(“0”)狀態(tài)，則該行與處于低電平狀態(tài)列的交叉點上的干簧管為閉合狀態(tài)，由此就確定了浮子的位置，即液面位置。由于任一干簧管的位置是唯一確定，故對應于任一干簧管的液位也就唯一確定了。
變送器電路采用美國ad公司的高性能數(shù)模轉換器ad421芯片。其采用σ-δdac結構，16位分辨率，標準三線串行數(shù)據(jù)輸入接口，4~20ma電流環(huán)路輸出。變送器24v電源經(jīng)過片內(nèi)電壓調整電路和調整管(dn25d)，可提供+5v、+3.3v或+3v的外部電路工作電源。同時還能提供+1.25v、+2.5v基準電源。
電容c1、c2、c3與片內(nèi)dac后時序濾波器相聯(lián)，cpu可以在時鐘端clock的上升沿將數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)端data，輸入至內(nèi)部移位寄存器，在latch上升沿鎖存到dac鎖存器，從而完成數(shù)字信號到4~20ma標準電流信號的轉換。
軟件設計
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