PDF《基于网络结构的快速跟踪式水位检测系统》

1・引. 系统总体结构框图如图1所示. 被测点l 被测点2 被测点3 被测点n 服务器PC柑【 PC彩【 PC删I PC秽L 图1 系统总体结构图 1.2水位测量原理 作为一次仪表的水位传感器是该系统的重要 组成部分,也是影响水位测量精度的关键因素,为 此我们设计研发了一种新型的水位传感器――探 针式水位传感器. 该水位传感器主要由步进电机、探针、地电缆 和控制装置(即单片机系统)4部分组成.探针上接 有上拉电阻,同时和单片机的中断信号管脚连接. 步进电机带动探针上下运动,探针接触水面后,水 作为导体将探针和数字地相连通,探针的电位会降 低,这样就产生一个下降沿,即中断信号.单片机接 收到中断信号后通过步进电机的转动方向和步进 数计算出水位,并使电机反转,提起探针并进行第 二次测量,两次测量的差值即为水的落差.这样,通 过对步进电机步进数的计数得到水位信息.随着水 面的起伏,探针会上下运动,跟踪水面的起伏. 水位测量基本原理示意图如图2所示. 由于步进电机步进角度小,而且不会造成累积 图2探针式水位传感器示意图 误差,所以测量精度较高.而且这种水位测量方法 不是传统的利用水的浮力、压力或水的反射等,而 是利用水产生中断信号,并通过开环控制来测量水 位,这种方式速度快,且不受水温、水质等的影响. 这也是该水位检测系统的一大创新点. 2系统的具体实现 2.1硬件电路设计 2.1.1 步进电机的驱动 该系统使用的步进电机为反应式三相步进电 机45BF005一Ⅱ,工作电压为27 V,最大电流为 2.5 A.电机驱动器型号为3F05M.驱动器的输入 引脚定义如下: CP+:脉冲正输入端 CP一:脉冲负输入端 U/D+:方向电平的正输入端 U/D一:方向电平的负输入端 PD+:脱机信号正输入端 PD一:脱机信号负输入端 为了使控制系统和驱动器能够正常通信,避免 相互干扰,驱动器内部采用光耦器件对输入信号进 行隔离,所以单片机的I/O口经过一个反相器后 即可直接输出控制信号.驱动器内部有一个环路分 配器,可输出A和万、B和百、C和e 3组信号提供 给步进电机的3个绕组. 2.1.2 触水中断的产生 该水位传感器主要通过探针接触水面产生中 断信号来判断水位信息,触水反应的灵敏度直接关 万方数据 第2期 冷春林,等:基于网络结构的快速跟踪式水位检测系统

143 系到水位检测的精度.触水中断电路如图3所示. D ―UUNU 图3触水中断电路 将数字地通过放置在水底的一根电缆传至水 体,并在探针上接一个上拉电阻,当探针触水后,相 当于图中的开关闭合,R14等效为水体电阻,这时 比较器LM393的第3脚电位降低,适当调节电位 器RAl可使此时比较器输出电平由高变低,从而 产生中断信号.电路中的C17起到稳定电平的作 用,防止电路产生错误中断.R12为输出上拉电阻. 2.1.3接口的扩展 由于单片机需要输出CP、U/D和FREE信号,还要在数码管上显示当前水位,同时要扫描外 部中断源,单片机的I/0资源不足,必须扩展外部 接口.8255有3个8位并行口,端口既可以编程为 普通I/O口,也可以编程为选通I/O口和双向传 输口.8255为总线兼容型,可以与单片机的总线直 接接口. 2.1.4控制单元电路[3~51 该系统的控制由单片机AT89C55来实现,它 是同MC孓51系列单片机完全兼容的8位微控制 器.单片机是整个系统控制的核心,它负责步进电 机的控制、水位的计算和在数码管上的显示,同时 向串口实时传输数据,完成与计算机的通信.CP 脉冲、U/D方向信号以及脱机信号FREE分别从 单片机P1.