感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器智能變送器設(shè)計(jì)

2．1．1 電路原理分析
從感應(yīng)式數(shù)字水位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(shí)，流入水位傳感器的電流是確定值。現(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(yùn)算放大器的電路時(shí)，總是把它看成理想運(yùn)放。根據(jù)理想運(yùn)放的分析方法設(shè)輸出電壓變化為△Vo，則可以得到

其中

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(diǎn)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(hào)調(diào)理電路中還設(shè)計(jì)濾波電路，是為了濾去測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)單的無(wú)源RC低通濾波器。電阻R3、R7，電容C2及運(yùn)放組成一階反相輸入RC有源低通濾波器，有源濾波器比無(wú)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(hào)以串行方式輸入，4～20 mA電流輸出，在智能儀表方面應(yīng)用廣泛。AD421與單片機(jī)的連接主要有串行數(shù)據(jù)輸入端和控制端，在時(shí)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(jī)P3．0口相連，用來(lái)接收16位的串行數(shù)據(jù)。單片機(jī)P3．6口用來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，而P3．5口用來(lái)產(chǎn)生鎖存信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證信號(hào)的傳輸，一般要在單片機(jī)和AD421之間加入隔離器件，實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)通訊的隔離。