感應式數字水位傳感器智能變送器設計

2．1．1 電路原理分析
從感應式數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，而且當水位固定不變化時，流入水位傳感器的電流是確定值。現假設水位的變化是△L，電流的變化是△I1，于是△I1=K·△L(其中K是比例系數)。在分析帶有運算放大器的電路時，總是把它看成理想運放。根據理想運放的分析方法設輸出電壓變化為△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。其中調節電位器R6和電位器R2可以保證輸出電壓Vo在1～2．4 V范圍內變化。R6是調節零點電位器，R2是調節滿度電位器。
2．1．2 濾波電路分析
另外，信號調理電路中還設計濾波電路，是為了濾去測量現場的干擾，例如電氣干擾、電磁干擾，使系統的信噪比增加。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模轉換器(DAC)。它由電流環路供電，16位數字信號以串行方式輸入，4～20 mA電流輸出，在智能儀表方面應用廣泛。AD421與單片機的連接主要有串行數據輸入端和控制端，在時鐘CLOCK作用下，輸入移位寄存器把DATA引腳上的數據逐位讀入，LATCH鎖存脈沖把寄存器中的數據鎖存到DAC中。根據其工作原理，AD421與C8051F020芯片的接口電路如圖3所示。AD421的數據接口和單片機P3．0口相連，用來接收16位的串行數據。單片機P3．6口用來產生時鐘信號，而P3．5口用來產生鎖存信號。在實際應用中，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，采用光耦來實現通訊的隔離。