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利用传感器设计的无线水位检测系统

时间:2021-03-23 点击次数:

目前市场上有传感器设计的无线水位检测系统。该系统由无线通信模块、电源模块、AD转换模块、上位机模块组成,实现水位无线检测、运行故障报警等功能,配备显示接口,对整个开发系统具有可视化和实时性的双重要求。

近年来,随着我国地质勘探水平的不断提高,水位检测、温度检测、金属含量检测等技术日趋成熟。但在具体工程应用中,需要考虑很多因素。根据地质勘探队在勘探矿井等自然环境恶劣、不适合机动车辆进入和工作人员长期停留的情况,提出了无线远程检测方法。单晶硅经常用于检测系统。因为这种传感器是由单晶硅的压阻效应制成的,压阻系数随着温度的变化而变化。压阻效应原理本身可以导致传感器输出的温度漂移。此外,半导体敏感元件的制造过程也会带来传感器的整体温度漂移,这就需要一套有效的方法来解决容易受温度影响的缺陷。因此,提出了一种基于拉格朗日插值的补偿方法,大大提高了检测的可靠性。上位机显示界面采用LabVIEW8.5设计,界面友好,易实时存储报警。

水位检测系统的整体结构。

水位检测系统采用模块化设计理念,包括无线通信模块、信号采集模块、AD转换模块、供电模块等。

该系统以显示终端控制器为主机,信号采集终端控制器为从机。主机发送开始信号,并通过无线广播传输给从机。从机器接收信号后,开始数据采集,通过阻抗转换(电压跟踪)将采集到的数据传输到12bit精度的AD574进行AD转换,然后AVR16利用拉格朗的日插值原理进行数据处理,然后通过Max232将这些信号传输上位机LabVIEW进行实时显示。

水位检测系统的硬件设计。

其结构和性能特点:

使用新的AVR高级单片微处理器。其主要优点是芯片本身有16KBFLASH程序存储器、数据存储器、门狗电路、8通道10bitA/D转换的SPI同步串口、UART异步串口,在软件上有效支持c语言和编辑语言。

AD模块。

采用单片高速12bit对比A/D转换器,内置双极电路组成的混合集成转换芯片,具有外部元件少、功耗低、精度高的特点,具有自动校准和自动极性转换功能,只需外部少量阻力容器即可形成完整的A/D转换器。其主要功能特点是分辨率为12bit,非线性误差小于1/2LBS或1LBS,转换速度为25μs,模拟电压输入范围为0V~10V,0V~20V。

电源模块

另外,还要求电源尺寸尽可能小,可将电源部分与AVR系统中的控制和驱动部分放置在同一个控制盒中。整体电路结构简单,工作可靠,各输出相互气隔离,要求控制电源的主输出功率大,稳定精度5%,各输出功率小,稳定精度10%。

无线通信模块。

采用先进的单片机技术、无线射频技术、数字处理技术和语音处理技术设计的双向数据传输和低功耗模块化广播。它具有频点调节、带宽调节、功率调节、多通道调节、高编码效率和高接收灵敏度的优点,提供RS-232、RS-485和TTL3种数据接口。该系统采用该设备,可以满足泵房供水遥控的需要。在该系统中,FC22-CH选择RS-232数据接口。

键盘模块和显示模块。

通过键盘模块设置实际的大气压和水的密度、访问数据的时间间隔等系统的动作参数,将这些动作参数存储在设备中,下次使用时用户无需再次输入这些参数,因此深水水位检测系统具有记忆功能。使用PC机实时显示水位,在正常运行时显示水位、温度、电源供电状况、串行使用、波特率设定状况。发生故障时,通过模块化显示,例如AD模块是否工作,电源模块是否供电,通信模块是否正常等,错误时进行维护,串行线接触不良时采用声音警报,注意连接。

水位检测系统的软件设计。

主程序设计系统。

水位测量系统的软件设计采用模块化设计理念,通过c语言编程实现。该软件的各功能模块通过入口和出口参数相互连接,可以缩短开发周期。

数字广播参数设置。

数字化传输广播的参数设置包括地址码,版本号,功率等级,通道选择,空中波特,串行波特,数据位,检测方式,频率转换模式,带宽等参数设置。

资料处理采用拉格朗日插法。

压力传感器的测量精度在很大程度上受非线性和环境温度的影响,如何补偿传感器产生的误差成为设计中的关键环节。对于硬件,一般的补偿方法是纠正桥梁电阻的差异,以及桥梁臂电阻的漏电流和装配应力。但由于其外部元件较多,稳定性差,精度低,在复杂条件下难以达到预期效果。由于微处理器技术在传感器领域的应用,通过设计软件算法实现传感器工作特性的自动补偿已成为可能。本设计着重分析了单晶硅压力传感器工作特性曲线的变化,并提出了一种修正误差的软件算法,可确保传感器在较宽的温度范围内几乎不变,并可广泛应用于其它压力传感器的补偿设计。

随着压力的增加,电压逐渐增加。

测试环境:

(1)将探针连接到300m铠装电缆上,放入室外5m深铁管中,环境适宜。

(2)广播测试采用12VDC电源,广播功率5W,实验距离1000m,广播2天线高度保持在3.4m。

这样的话,就会出现以下问题:

有时电路接触不可靠,微处理器复位,死机,外壳漏电。

(2)上位机显示信号抖动,严重失真。

(3)无线通信信号质量差。

针对上述问题,提出了以下解决方案:

(1)针对电路接触不可靠的问题,采用印刷电路板代替铜模试验板,在印刷电路板的制造过程中采取抗干扰措施,如布线时尽可能宽的电源线和接地线;数字化和模拟分布线;合理配置耦合容器;电路板覆盖铜等。

(2)针对微处理器死机、复位等问题,采取硬件与软件相结合的抗干扰措施。采用光电隔离技术的硬件;在软件上设置标记;关键出口验证;指令冗余技术用于通信指令等重要指令;在RAM上设置电源复位标记。

针对不洁净电源与电源之间的相互干扰,采用开关电源分别供电的方式。

(4)由于电缆长度为300米,导线之间形成分布电容,多余的电缆缠绕在卷筒上,等效的大电感会影响电路的稳定性,因此采用软件滤波器(泡沫法)补充。

深圳力准传感技术有限公司致力于精密压力传感器,高精度拉伸传感器,发射机,显示器,自定义压力测量解决方案。

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