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基于压力传感器的高精度液位测量及控制器设计(2)

时间:2013-09-22 13:42 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:陈利君 点击次数:


  3.1.1放大电路
  目前大部分线路都是采用单电源供电,而且用户一般提供单电源,而大部分采用双电源是为了保证零位的读数。对于使用智能化设计,调零部分完全可以采用的是软件方法,零位可以有一段区间,只要在程序中加以处理就是。故运放采用单电源,既可以保证性能也可保证线路的简单。由于整个系统采用5V供电,为了保证电路之间的高低电压之间的匹配问题,所以运放也是最好采用5V供电模式,而由于传感器的共模一般在3.5V左右,所以要求放大集成电路具有高的共模范围。通过查阅资料和试验测试发现,美信公司生产的MAX4194仪表级运放完成可以满足上面的性能,且价格适中。故最终决定采用了MAX4194。图2是压力传感器与MAX4194连线图。
  3.1.2单片机A/D采样电路
  为了提高测量精度,A/D采样电路使用集成电路CS5513,这是20位串行模/数转换芯片。它是一种低成本、易于使用、可用于直流测量的△一Σ模/数转换器,其内部包括一个4阶△一Σ调制器和一个滤波器。图3A/D电路与单片机接口电路原理图。
  图3中电路中的单片机STC10F08XE的三个口线P3.2、P3.3、P3.4分别与CS5513的数据出、读数时钟入及片选线相连。CS5513工作于单电源方式,参考电压VREF和正电源V+与+5V连接,负电源V一和模拟输入端AIN一与模拟地连接。可计算出差分输入范围大约为±3.9V,转换器的参考电压为+5V。利用上述两个结果即可算出模拟输入的有效范围为一1.1~+3.9V,这与实际测量的结果基本一致。由于压差传感器存在一定的零点漂移而可能出现往负电压漂移的情况.所以一1.1~+3.9V的模拟输入有效范围对实际应用非常有利。
  3.1.3单片机与EEPROM接口电路
  X5645是一种64K位SPI接口EEPROM的CPU监控器。X5645集成了四个常用的功能,上电复位控制,看门狗定时器,电源电压监督和块锁保护的串行EEPROM。X5645的存储器部分是一个CMOS串行Xicor公司的块锁保护EEPROM阵列。EEPROM的存储空间共分为512页,每页有16字节,每个字节有8位。EEPROM的存储容量为8192字节,需要占用144位的地址(设为A143—A0)空间。若用A143—A0表示其存储单元地址,那么高140位表示其页的地址,低4位表示其页内16个字节的地址。EEPROM存储单元最高位地址在读写指令中设置。该器件具有一个串行外设接口(SPI)和软件协议,允许操作一个简单的四线总线。
  图4是单片机与EEPROM接口的电路原理图,图中X5645的RST(7脚)接上拉电阻后接单片机的复位脚,提供复位信号,X5645的5根控制脚分别接单片机P3、P1口的部分控制口线。
  3.2系统软件设计
  系统软件包括键盘和显程序、A/D程序、液位高度计算、控制程序及EEPROM读写程序等等。图1中在CPU1中编程的有A/D采样、液位计算、控制及EEPROM读写等程序,CPU2是专门用于控制键盘输入和4位LED显示的单片机,CPU1和CPU2之间是串行通讯,波特率为9600bit/s。CPU1通过串行口将要显示的数据传给CPU2,CPU2通过串行口将按键键码值传给CPU1,CPU1在键码值传来时引起串口中断,执行相应键值的中断处理程序。
  为了提高液位的测量精度,软件在计算液位时采用5点标定,即在标准液位的5个高度,记下A/D采样值,计算出高度系数,存在EEPROM中,这样在测未知液位时,通过采样值和高度系数,计算出未知液位的高度。

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