無線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ATmega16和FC222-CH的無線水位檢測系統。該系統由無線通信模塊、電源模塊、AD轉換模塊、上位機模塊組成，實現了水位的無線檢測、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，使整套開發系統兼備可視化與實時性的雙重要求。

　　近年來，隨著我國地質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已日趨成熟。但是，當進行具體工程應用時，還需要考慮很多因素。本文根據地質勘探隊在勘探礦井等自然環境惡劣、不適合機動車駛入以及工作人員長期駐留的情況，提出了無線遠程檢測方法。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帶來傳感器的整體溫漂，這就需要有一套行之有效的方法來解決壓力傳感器自身易受溫度影響所帶來的缺陷。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，而且能對數據進行實時和分時存儲，當發生故障時，還可以及時進行聲光報警。

　　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,由無線通信模塊、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。主機發送開始信號，通過無線電臺傳遞給從機，從機接到信號后，開始進行數據采集，經阻抗變換(電壓跟隨)將采集到的數據傳給12 bit精度的AD574進行AD轉換，再由AVR16使用拉格朗日插值原理進行數據處理，然后經Max232把這些信號傳遞給上位機LabVIEW進行實時顯示。

　　2 水位檢測系統的硬件設計

　　2.1 Atmega16 的結構和性能特點

　　ATmega16是ATMEL公司在2002年推出的一款新型AVR高檔單片微處理器。其主要優點是芯片本身自帶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語言和匯編語言。

　　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，并且具有自動校零和自動極性轉換功能，只需外接少量的阻容件即可構成一個完整的A/D轉換器。其主要功能特性：分辨率為12 bit、非線性誤差小于±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部分放在同一個控制盒內。整個電路結構簡單、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%，用作驅動的各路輸出功率較小，穩壓精度為±10%。