無(wú)線(xiàn)水位檢測系統與壓力傳感器補償方法的研究

摘 要： 一種基于A(yíng)Tmega16和FC222-CH的無(wú)線(xiàn)水位檢測系統。該系統由無(wú)線(xiàn)通信模塊、電源模塊、AD轉換模塊、上位機模塊組成，實(shí)現了水位的無(wú)線(xiàn)檢測、運行故障報警等功能，并配以自行設計的LabVIEW 8.5上位機顯示界面，使整套開(kāi)發(fā)系統兼備可視化與實(shí)時(shí)性的雙重要求。

　　近年來(lái)，隨著(zhù)我國地質(zhì)勘探水平的不斷提高，水位檢測、溫度檢測、金屬含量檢測等技術(shù)已日趨成熟。但是，當進(jìn)行具體工程應用時(shí)，還需要考慮很多因素。本文根據地質(zhì)勘探隊在勘探礦井等自然環(huán)境惡劣、不適合機動(dòng)車(chē)駛入以及工作人員長(cháng)期駐留的情況，提出了無(wú)線(xiàn)遠程檢測方法。檢測系統中的壓力傳感器多選用單晶硅壓力傳感器。因為此種傳感器是利用單晶硅的壓阻效應制成，其壓阻系數隨溫度變化而變化，且壓阻效應原理本身即可引起傳感器輸出的溫度漂移[1]。另外，半導體敏感元件的制作工藝也會(huì )帶來(lái)傳感器的整體溫漂，這就需要有一套行之有效的方法來(lái)解決壓力傳感器自身易受溫度影響所帶來(lái)的缺陷。于是提出了一種基于拉格朗日插值的補償方法，大大提高了檢測的可靠性。上位機顯示界面采用LabVIEW 8.5設計，界面友好、易于操作，不僅能顯示數據變化曲線(xiàn)，而且能對數據進(jìn)行實(shí)時(shí)和分時(shí)存儲，當發(fā)生故障時(shí)，還可以及時(shí)進(jìn)行聲光報警。

　　1 水位檢測系統整體結構

　　水位檢測系統采用了模塊化設計思想,由無(wú)線(xiàn)通信模塊、信號采集模塊、AD轉換模塊、電源模塊等組成。系統結構框圖如圖1所示。

　　系統以顯示端控制器為主機，信號采集端控制器為從機。主機發(fā)送開(kāi)始信號，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電臺傳遞給從機，從機接到信號后，開(kāi)始進(jìn)行數據采集，經(jīng)阻抗變換(電壓跟隨)將采集到的數據傳給12 bit精度的AD574進(jìn)行AD轉換，再由AVR16使用拉格朗日插值原理進(jìn)行數據處理，然后經(jīng)Max232把這些信號傳遞給上位機LabVIEW進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

　　2 水位檢測系統的硬件設計

　　2.1 Atmega16 的結構和性能特點(diǎn)

　　ATmega16是ATMEL公司在2002年推出的一款新型AVR高檔單片微處理器。其主要優(yōu)點(diǎn)是芯片本身自帶16 KB Flash程序存儲器、512 B EEPROM、1 KB SRAM 數據存儲器、看門(mén)狗電路以及8通道10 bit A/D轉換；附帶SPI同步串口、UART異步串口，在軟件上有效支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。

　　2.2 AD模塊

　　AD574A是美國模擬器件公司（Analog Devices）推出的單片高速12 bit逐次比較型A/D轉換器，內置雙極性電路構成的混合集成轉換芯片，具有外接元件少、功耗低、精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉換功能，只需外接少量的阻容件即可構成一個(gè)完整的A/D轉換器。其主要功能特性：分辨率為12 bit、非線(xiàn)性誤差小于±1/2 LBS或±1 LBS、轉換速率25 μs、模擬電壓輸入范圍0 V～10 V和0 V～20 V或0 V～±5 V和0 V～±10 V兩檔四種、電源電壓±15 V和5 V、數據輸出格式為12 bit/8 bit、芯片工作模式全速工作模式和單一工作模式。

　　2.3 電源模塊

　　另外，還要求電源尺寸盡量小，能使電源部分與AVR系統中的控制與驅動(dòng)部分放在同一個(gè)控制盒內。整個(gè)電路結構簡(jiǎn)單、工作可靠，各路輸出之間相互電氣隔離，其中要求控制電源的主輸出功率大，穩壓精度為±5%，用作驅動(dòng)的各路輸出功率較小，穩壓精度為±10%。