目前市場(chǎng)上有傳感器設(shè)計(jì)的無(wú)線水位檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無(wú)線通信模塊、電源模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、上位機(jī)模塊組成，實(shí)現(xiàn)水位無(wú)線檢測(cè)、運(yùn)行故障報(bào)警等功能，配備顯示接口，對(duì)整個(gè)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)具有可視化和實(shí)時(shí)性的雙重要求。
近年來(lái)，隨著我國(guó)地質(zhì)勘探水平的不斷提高，水位檢測(cè)、溫度檢測(cè)、金屬含量檢測(cè)等技術(shù)日趨成熟。但在具體工程應(yīng)用中，需要考慮很多因素。根據(jù)地質(zhì)勘探隊(duì)在勘探礦井等自然環(huán)境惡劣、不適合機(jī)動(dòng)車(chē)輛進(jìn)入和工作人員長(zhǎng)期停留的情況，提出了無(wú)線遠(yuǎn)程檢測(cè)方法。單晶硅經(jīng)常用于檢測(cè)系統(tǒng)。因?yàn)檫@種傳感器是由單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的，壓阻系數(shù)隨著溫度的變化而變化。壓阻效應(yīng)原理本身可以導(dǎo)致傳感器輸出的溫度漂移。此外，半導(dǎo)體敏感元件的制造過(guò)程也會(huì)帶來(lái)傳感器的整體溫度漂移，這就需要一套有效的方法來(lái)解決容易受溫度影響的缺陷。因此，提出了一種基于拉格朗日插值的補(bǔ)償方法，大大提高了檢測(cè)的可靠性。上位機(jī)顯示界面采用LabVIEW8.5設(shè)計(jì)，界面友好，易實(shí)時(shí)存儲(chǔ)報(bào)警。
水位檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。
水位檢測(cè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)理念，包括無(wú)線通信模塊、信號(hào)采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、供電模塊等。
該系統(tǒng)以顯示終端控制器為主機(jī)，信號(hào)采集終端控制器為從機(jī)。主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，并通過(guò)無(wú)線廣播傳輸給從機(jī)。從機(jī)器接收信號(hào)后，開(kāi)始數(shù)據(jù)采集，通過(guò)阻抗轉(zhuǎn)換(電壓跟蹤)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?2bit精度的AD574進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，然后AVR16利用拉格朗的日插值原理進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后通過(guò)Max232將這些信號(hào)傳輸上位機(jī)LabVIEW進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
水位檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。
其結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn):
使用新的AVR高級(jí)單片微處理器。其主要優(yōu)點(diǎn)是芯片本身有16KBFLASH程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、門(mén)狗電路、8通道10bitA/D轉(zhuǎn)換的SPI同步串口、UART異步串口，在軟件上有效支持c語(yǔ)言和編輯語(yǔ)言。
AD模塊。
采用單片高速12bit對(duì)比A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極電路組成的混合集成轉(zhuǎn)換芯片，具有外部元件少、功耗低、精度高的特點(diǎn)，具有自動(dòng)校準(zhǔn)和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外部少量阻力容器即可形成完整的A/D轉(zhuǎn)換器。其主要功能特點(diǎn)是分辨率為12bit，非線性誤差小于1/2LBS或1LBS，轉(zhuǎn)換速度為25μs，模擬電壓輸入范圍為0V~10V，0V~20V。
電源模塊
另外，還要求電源尺寸盡可能小，可將電源部分與AVR系統(tǒng)中的控制和驅(qū)動(dòng)部分放置在同一個(gè)控制盒中。整體電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，各輸出相互氣隔離，要求控制電源的主輸出功率大，穩(wěn)定精度5%，各輸出功率小，穩(wěn)定精度10%。
無(wú)線通信模塊。
采用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)、無(wú)線射頻技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)和語(yǔ)音處理技術(shù)設(shè)計(jì)的雙向數(shù)據(jù)傳輸和低功耗模塊化廣播。它具有頻點(diǎn)調(diào)節(jié)、帶寬調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)、多通道調(diào)節(jié)、高編碼效率和高接收靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，提供RS-232、RS-485和TTL3種數(shù)據(jù)接口。該系統(tǒng)采用該設(shè)備，可以滿足泵房供水遙控的需要。在該系統(tǒng)中，F(xiàn)C22-CH選擇RS-232數(shù)據(jù)接口。
鍵盤(pán)模塊和顯示模塊。
通過(guò)鍵盤(pán)模塊設(shè)置實(shí)際的大氣壓和水的密度、訪問(wèn)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔等系統(tǒng)的動(dòng)作參數(shù)，將這些動(dòng)作參數(shù)存儲(chǔ)在設(shè)備中，下次使用時(shí)用戶無(wú)需再次輸入這些參數(shù)，因此深水水位檢測(cè)系統(tǒng)具有記憶功能。使用PC機(jī)實(shí)時(shí)顯示水位，在正常運(yùn)行時(shí)顯示水位、溫度、電源供電狀況、串行使用、波特率設(shè)定狀況。發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)模塊化顯示，例如AD模塊是否工作，電源模塊是否供電，通信模塊是否正常等，錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行維護(hù)，串行線接觸不良時(shí)采用聲音警報(bào)，注意連接。
水位檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。
主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
水位測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)理念，通過(guò)c語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。該軟件的各功能模塊通過(guò)入口和出口參數(shù)相互連接，可以縮短開(kāi)發(fā)周期。
數(shù)字廣播參數(shù)設(shè)置。
數(shù)字化傳輸廣播的參數(shù)設(shè)置包括地址碼，版本號(hào)，功率等級(jí)，通道選擇，空中波特，串行波特，數(shù)據(jù)位，檢測(cè)方式，頻率轉(zhuǎn)換模式，帶寬等參數(shù)設(shè)置。
資料處理采用拉格朗日插法。
壓力傳感器的測(cè)量精度在很大程度上受非線性和環(huán)境溫度的影響，如何補(bǔ)償傳感器產(chǎn)生的誤差成為設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于硬件，一般的補(bǔ)償方法是糾正橋梁電阻的差異，以及橋梁臂電阻的漏電流和裝配應(yīng)力。但由于其外部元件較多，穩(wěn)定性差，精度低，在復(fù)雜條件下難以達(dá)到預(yù)期效果。由于微處理器技術(shù)在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用，通過(guò)設(shè)計(jì)軟件算法實(shí)現(xiàn)傳感器工作特性的自動(dòng)補(bǔ)償已成為可能。本設(shè)計(jì)著重分析了單晶硅壓力傳感器工作特性曲線的變化，并提出了一種修正誤差的軟件算法，可確保傳感器在較寬的溫度范圍內(nèi)幾乎不變，并可廣泛應(yīng)用于其它壓力傳感器的補(bǔ)償設(shè)計(jì)。
隨著壓力的增加，電壓逐漸增加。
測(cè)試環(huán)境：
(1)將探針連接到300m鎧裝電纜上，放入室外5m深鐵管中，環(huán)境適宜。
(2)廣播測(cè)試采用12VDC電源，廣播功率5W，實(shí)驗(yàn)距離1000m，廣播2天線高度保持在3.4m。
這樣的話，就會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：
有時(shí)電路接觸不可靠，微處理器復(fù)位，死機(jī)，外殼漏電。
(2)上位機(jī)顯示信號(hào)抖動(dòng)，嚴(yán)重失真。
(3)無(wú)線通信信號(hào)質(zhì)量差。
針對(duì)上述問(wèn)題，提出了以下解決方案:
(1)針對(duì)電路接觸不可靠的問(wèn)題，采用印刷電路板代替銅模試驗(yàn)板，在印刷電路板的制造過(guò)程中采取抗干擾措施，如布線時(shí)盡可能寬的電源線和接地線；數(shù)字化和模擬分布線；合理配置耦合容器；電路板覆蓋銅等。
(2)針對(duì)微處理器死機(jī)、復(fù)位等問(wèn)題，采取硬件與軟件相結(jié)合的抗干擾措施。采用光電隔離技術(shù)的硬件；在軟件上設(shè)置標(biāo)記；關(guān)鍵出口驗(yàn)證；指令冗余技術(shù)用于通信指令等重要指令；在RAM上設(shè)置電源復(fù)位標(biāo)記。
針對(duì)不潔凈電源與電源之間的相互干擾，采用開(kāi)關(guān)電源分別供電的方式。
(4)由于電纜長(zhǎng)度為300米，導(dǎo)線之間形成分布電容，多余的電纜纏繞在卷筒上，等效的大電感會(huì)影響電路的穩(wěn)定性，因此采用軟件濾波器(泡沫法)補(bǔ)充。
深圳力準(zhǔn)傳感技術(shù)有限公司致力于精密壓力傳感器，高精度拉伸傳感器，發(fā)射機(jī)，顯示器，自定義壓力測(cè)量解決方案。
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