電容傳感器測量系統模塊電路設計集錦

　　基于海上溢油回收的特殊環境，該文設計了一種基于AT89S51單片機的海上液位測量系統。該系統采用分段電容檢測的原理，以實現油水雙液位的檢測。合理搭建了微小電容測量的硬件電路。系統可以準確無誤地應用于海上油位的測量。

　　方波產生電路

　　圖4 方波產生電路

　　由NE555構成的多諧振蕩器是二極管交流電橋測量的方波信號源，其具體電路如圖4所示。頻率計算如式（4）、式（5）和式（6）所示。

　　（4）

　　（5）

　　（6）

　　令，，，則：。因此，NE555可以為電容檢測電路提供電壓幅值為5V、頻率為500kHz的方波信號源。

　　雙T二極管交流電橋電容測量電路

　　電容傳感器將液位高度轉化為電容量，再通過電容測量電路將其轉化成與其成線性函數關系的電壓、電流或頻率信號。由于電容只有幾個PF，所以采用雙T二極管交流電橋微電容檢測電路將電容的變化量轉化成電壓輸出。測量原理如圖5所示。

　　圖5 二極管T型網絡

　　在圖5中：e為高頻電源，D1、D2為特性完全相同的兩個二極管。

　　精密放大電路

　　將0～0.5mV電壓轉換成0～5V，以進行A/D轉換。采用OP07構成兩級集成運算放大電路，第一級放大倍數為20，第二級放大倍數為50，其電路構成如圖6所示。

　　圖6 精密放大電路

　　單片機與A/D接口電路

　　傳感器和單片機之間需要A/D轉換器將輸入的模擬電壓信號轉換成二進制數字信號。本文采用逐次比較A/D轉換器ADC0809。與單片機具體的接口電路如圖7所示。

　　圖7 ADC0809與單片機接口電路

　　在圖7中，單片機通過P1.0，P1.1，P1.2口控制ADC0809的地址選擇端口A、B、C。單片機ALE端口輸出2MHz時鐘頻率信號，經過74LS74四分頻電路產生ADC0809所需要的500kHz時鐘信號。P3.4作為片選信號，當它為低電平時，打開或非門，允許寫信號通過，選中ADC0809的某一通道進行A/D轉換。轉換結束標志位通過非門觸發外部中斷0，讀取轉換數據。

　　數碼管顯示電路

　　采用三位LED數碼管作為液位數據的顯示。74HC245為顯示驅動芯片，其輸入接P0口，輸出接數碼管八個管腳。三段數碼管分別由P2.0、P2.1、P2.2控制。AT89S51單片機與數碼管的顯示電路如圖8所示。

　　圖8 數碼管顯示電路