基于光纖傳感器的液位測控系統(tǒng)設計內(nèi)容實驗意義1實驗原理2實驗設計3電路圖設計4軟件設計5總結(jié)6精確對壓力容器內(nèi)部的液體液位、易燃易爆液體液位的測控，是現(xiàn)代測控科學的重要課題。尤其是石油化工行業(yè)易燃易爆和電磁干擾嚴重場所的多處罐體液位測控，都需要一種性能穩(wěn)定的多處罐體液位測控。實驗意義1圖1液化石油氣儲罐圖2石油儲罐本實驗采用強度補償反饋式光線位移傳感器，有效消除因光源發(fā)光功率波動，光纖損耗變化以及環(huán)境干擾等因素對測量結(jié)果的影響。實驗原理2

實驗原理2圖4光纖位移傳感器反射信號光強為參考信號光強為取兩接收光纖光強之比，得到光線位移傳感器的傳感特性的調(diào)制函數(shù)實驗原理2測控系統(tǒng)原理圖如下經(jīng)由除法器得到的僅與距離液面距離d有關的比值輸入六通道可編程放大器，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機，進行數(shù)據(jù)處理。實驗設計3光纖位移傳感器：GFD型光纖光柵位移計光纖位移傳感器選擇3.1參數(shù)范圍測量范圍(mm):0-20,25,50,100,500,1000分辨率：0.01%F.S

波長范圍(mm):1525~1565溫度值(℃):-30~85表1

GFD型光纖光柵位移計參數(shù)圖6GFD型光纖光柵位移計

六通道編程放大器選擇：MCP6S26

芯片選擇3.2引腳名稱功能VOUT模擬輸出端CH0~CH5模擬輸入端VSS負電源電壓端VDD正電源電壓端SCKSP1時鐘輸入端SISP1串行數(shù)據(jù)輸入端SOSP1串行數(shù)據(jù)輸出端CSSP1芯片選擇端VREF外部參考端表2

MCP6S26芯片引腳

圖7

MCP6S26芯片

A/D轉(zhuǎn)換器：MAX1224芯片選擇3.2引腳名稱功能AIN-/+模擬輸入±端VDD模擬正電源電壓RGND/GND基準地/地VL邏輯正電源電壓端SCLK串行時鐘輸入端DOUT串行數(shù)據(jù)輸出端CNVST轉(zhuǎn)換啟動REF外部基準電壓輸入表3

MAX1224芯片引腳

圖8

MAX1224芯片

單片機：AT89C51AT89C51的P1.4口模擬時鐘輸出SCK端，P1.5口模擬數(shù)據(jù)輸出端SO,P1.6模擬數(shù)據(jù)輸入端SI，P1.7模擬片選端CS。芯片選擇3.2圖9

AT89C51芯片

USB芯片：PDIUSBD12符合通用串行總線USB1.1版規(guī)范

高性能USB接口器件集成了SIE、FIFO存儲器收發(fā)器以及電壓調(diào)整器。集成320字節(jié)多結(jié)構(gòu)FIFO存儲器主端點的雙緩沖配置增加了數(shù)據(jù)吞吐量并輕松實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸。芯片選擇3.2圖10

AT89C51芯片

該系統(tǒng)的硬件電路設計是對反射光的光強檢測和運算,主要由MCU(AT89C51)處理電路,完成多路通道的循環(huán)導通、A/D轉(zhuǎn)換、液晶顯示、超限報警以及USB數(shù)據(jù)傳送和設備控制。電路圖設計4單片機片選對MCP6S26進行操作的控制字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)均從SI引腳輸入并在寫入數(shù)據(jù)的串行時鐘上升沿被鎖存。從芯片讀取的數(shù)據(jù)則從SO引腳串行移出，并在寫入數(shù)據(jù)的串行時鐘的下降沿輸出，整個數(shù)據(jù)交換期間，CS必須保持低電平。A/D轉(zhuǎn)換電路圖設計4.1圖11電路框圖

完成1次正常的A/D轉(zhuǎn)換需要16個SCLK周期,如果CNVST信號在第16個SCLK信號下降沿保持低電平,DOUT引腳會在下1個CNVST或者SCLK的上升沿返回高阻態(tài),使多個器件共享該串行接口。A/D轉(zhuǎn)換電路圖設計4.1圖11

電路框圖

由于USB同時要與單片機進行數(shù)據(jù)交換和命令交換，而是用共同的數(shù)據(jù)接口，因此USB地址的含義是對數(shù)據(jù)和地址的選擇，單片機的P1.3與之相連，輸入到USB及編程中的Outputand()(0)和Outputdata()(1)函數(shù)。單片機輸入頻率由USB提供。當USB接收到主機命令時，觸發(fā)單片機外部中斷0，進行數(shù)據(jù)交換。USB傳輸電路圖設計4.1圖12

電路框圖

該系統(tǒng)開發(fā)程序包括單片機固件程序和USB固件程序以及PC的應用程序和USB設備驅(qū)動程序。該系統(tǒng)單片機固件程序用C51編寫,USB設備驅(qū)動程序采用PHILIPS公司提供的通用PDIUSBD12驅(qū)動程序。軟件數(shù)據(jù)設計5該測控系統(tǒng)以AT89C51單片機微控制器，采用分布式監(jiān)控，下位機通過光纖與光纖位移傳感器連接,完成液位測量信號的光纖采集和傳輸;