電容式液位傳感器及積算儀表的研制_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目 名 稱電容式液位傳感器及積算儀表的研制系 部信息系專 業(yè) 班 級(jí)自動(dòng)化60902學(xué) 生 姓 名鄭曉龍指 導(dǎo) 教 師朱清祥輔 導(dǎo) 教 師朱清祥時(shí) 間2012年9月15日至2013年6月8日目錄長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書I長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告II長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)審意見III長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)語IV長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定V中文摘要VI英文摘要VII前言VIII1.選題背景11.1液位儀表的現(xiàn)狀11.2電容式傳感器現(xiàn)狀12.方案論

2、證32.1電容式液位測(cè)量的原理32.1.1測(cè)量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器的測(cè)量原理32.1.2測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器的測(cè)量原理52.2系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)63.設(shè)計(jì)論述83.1信號(hào)采集電路83.1.1電容測(cè)量電路原理83.1.2電信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)93.2信號(hào)轉(zhuǎn)換電路103.2.1 A/D轉(zhuǎn)換電路原理103.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)113.3指示燈報(bào)警電路123.4 LCD液晶顯示接口電路133.4.1 LCD1602液晶顯示基礎(chǔ)知識(shí)133.4.2 LCD顯示電路設(shè)計(jì)143.5 RS-485串行口設(shè)計(jì)電路153.6 看門狗及復(fù)位電路163.7 硬件部分的抗干擾措施173.8 整體程序設(shè)

3、計(jì)框圖194.結(jié)果分析20參考文獻(xiàn)21致謝22附錄23長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 系 信息系 專業(yè) 自動(dòng)化 班級(jí) 60902 學(xué)生姓名 鄭曉龍 指導(dǎo)教師/職稱 朱清祥副教授 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：電容式液位傳感器及積算儀表的研制2.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：2012年9月15日2013年6月8日3.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分） 1智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)北京航空航天大學(xué)出版社，徐 愛鈞 2電容式液位測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 招惠玲、周美娟、胡遠(yuǎn)忠，傳感器技術(shù).2004,23 3幾種液位計(jì)在沉降槽上的應(yīng)用王麗杰、韓紅芳，自動(dòng)化與儀器儀表 2005,(1)

4、 4儲(chǔ)罐液位檢測(cè)技術(shù)研究丁濤，合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2004 5國(guó)內(nèi)外液位計(jì)量?jī)x表技術(shù)發(fā)展動(dòng)向李冬梅，儀器儀表用戶.2002,9 6單片機(jī)的C語言程序設(shè)計(jì).馬忠梅等編著.第四版.北京航空航天大學(xué)出版社，2007.1 751單片機(jī)C語言教程.郭天祥編著.北京:電子工業(yè)出版社,2009.104-106 8單片機(jī)原理及其接口技術(shù).第二版. 胡漢才編著.北京:清華大學(xué)出版社,2004.327-3504.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容（具體內(nèi)容） (1)設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的電容式液位傳感器及積算儀表，用于石油化工行業(yè)中儲(chǔ)油罐、中轉(zhuǎn)罐、緩沖罐、儲(chǔ)運(yùn)罐等液位的測(cè)量，測(cè)量精度在1%以內(nèi)。 (2)畢業(yè)

5、設(shè)計(jì)(論文)的目標(biāo)及具體要求：包括傳感器設(shè)計(jì)、檢測(cè)系統(tǒng)硬件框圖及主要單元電路設(shè)計(jì)、軟件流程圖及部分子程序設(shè)計(jì)。 (3)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)：要求須計(jì)算機(jī)仿真，上機(jī)時(shí)數(shù)60小時(shí)。5.任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師(簽字) 長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目 名 稱電容式液位傳感器及積算儀表的研制系 部信息系專 業(yè) 班 級(jí)自動(dòng)化60902學(xué) 生 姓 名鄭曉龍指 導(dǎo) 教 師朱清祥輔 導(dǎo) 教 師朱清祥開題報(bào)告時(shí)間2012年12月25日 電容式液位傳感器及積算儀表的研制 學(xué) 生： 鄭曉龍 信息系 指導(dǎo)教師： 朱清祥 長(zhǎng)江大學(xué)一、題目來源 社會(huì)

6、/生產(chǎn)實(shí)踐。2、 研究目的和意義 本課題的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種電容式液位傳感器及積算儀表。其中傳感器部分實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的測(cè)量，并將測(cè)量到的液位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量采集到單片機(jī)進(jìn)行處理運(yùn)算，再由液晶顯示器進(jìn)行輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的顯示，并且對(duì)不正常的液位進(jìn)行報(bào)警。 本次設(shè)計(jì)可廣泛用于需要液位測(cè)量的場(chǎng)合，如可應(yīng)用在食品，化工，石油等行業(yè)，可為這些場(chǎng)合液位測(cè)量提供方便，具有一定的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。三、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，徐愛鈞 儲(chǔ)罐液位檢測(cè)技術(shù)研究丁濤，合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2004 幾種液位計(jì)在沉降槽上的應(yīng)用王麗杰、韓紅芳，自動(dòng)化與儀器

7、儀表 2005 電容式液位測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 招惠玲、周美娟、胡遠(yuǎn)忠，傳感器技術(shù).2004 國(guó)內(nèi)外液位計(jì)量?jī)x表技術(shù)發(fā)展動(dòng)向李冬梅，儀器儀表用戶.2002,9 四、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向 我國(guó)的液位儀表工業(yè)起步較晚，20世紀(jì)60年代才有專業(yè)的液位儀表廠，以生產(chǎn)機(jī)械型產(chǎn)品為主，幾個(gè)國(guó)家定點(diǎn)大廠都逐步轉(zhuǎn)為以流量?jī)x表為主。國(guó)家“七五”計(jì)劃期間，自動(dòng)化儀表行業(yè)掀起了技術(shù)引進(jìn)高潮，北京自動(dòng)化儀表四廠引進(jìn)了鋼帶液位計(jì)制造技術(shù)，鐵嶺光學(xué)儀器廠引進(jìn)了高溫雙色玻璃板液位計(jì)制造技術(shù)，同期流量行業(yè)有22個(gè)廠引進(jìn)了24個(gè)項(xiàng)目，隨著國(guó)家進(jìn)一步改革開放，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，自動(dòng)化程度的提高使液位儀表需求猛增。原有生產(chǎn)

8、能力不能滿足要求，國(guó)外產(chǎn)品大量進(jìn)來，原來液位行業(yè)協(xié)會(huì)中一些成員廠，有的破產(chǎn)、有的改制為民營(yíng)企業(yè)，也有些改變了產(chǎn)品方向，近年成立較多的液位儀表廠中，有國(guó)外獨(dú)資、合資，但更多的是民營(yíng)廠，沒有國(guó)營(yíng)廠。這些民營(yíng)企業(yè)生產(chǎn)的液位儀表各項(xiàng)性能指標(biāo)和國(guó)外同類產(chǎn)品相比還有較大的差距，雖然在液位儀表領(lǐng)域我國(guó)暫時(shí)落后，但也說明了這塊市場(chǎng)發(fā)展前景良好，潛力巨大。研究的主攻方向是設(shè)計(jì)一套精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定的電容式液位測(cè)量系統(tǒng)。五、主要研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路看門狗及復(fù)位電路探頭電容/電壓轉(zhuǎn)換，采用的運(yùn)放法放大電路AD轉(zhuǎn)換主要研究?jī)?nèi)容就是能精確高效的測(cè)量液位。以保證液位的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。雖然電容式傳感器的研

9、究已經(jīng)是取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但由于它先天性存在很多缺點(diǎn)，如它的電容量一般很小，一般在PF級(jí)變化，電容量的變化受環(huán)境的影響、并且存在寄生電容和分布電容，使其靈敏度和輸入輸出關(guān)系都存在非線性；應(yīng)用電容式液位傳感器測(cè)量液位會(huì)產(chǎn)生掛壁現(xiàn)象，因此會(huì)造成虛假液位現(xiàn)象，目前主要應(yīng)用射頻導(dǎo)納的方法來改進(jìn)；當(dāng)前的電容式液位儀智能化程度還不是很高，雖然國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些這方面的研究，但還沒有實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，還有待改進(jìn)和開發(fā)。由此電容式傳感器的發(fā)展方向就是一方面加強(qiáng)電容式傳感器變換電路的集成度，為了克服寄生電容的影響，盡量將電路和傳感器連接得緊密些或者干脆做成一體，另一方面充分開發(fā)測(cè)量系統(tǒng)的智能化，將大大提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、

10、可靠性。系統(tǒng)框圖如圖1所示報(bào)警電路單片機(jī)LCD液晶顯示六、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件（如工(1) PC機(jī)一臺(tái)(2) 運(yùn)行環(huán)境：windowsXP等RS485串口六、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件（如工具書、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、某類市場(chǎng)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件等）及解決的辦法(1) PC機(jī)一臺(tái)(2) 運(yùn)行環(huán)境：windowsXP等七、工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排 1.2012年9月初-2012年10月中旬：查找與課題相關(guān)的資料。 2.2012年10月底-2012年12月底：畢業(yè)設(shè)計(jì)開題、撰寫開題報(bào)告。 3.2013年2月中旬-2013年2月底：功能分析設(shè)計(jì)，完成詳細(xì)功能流程圖。 4.2

11、013年3月初-2013年3月底：進(jìn)行電路分析，模擬出基本電路。 5.2013年4月初-5月中旬：撰寫畢業(yè)論文。 6.2013年6月初-2013年6月中旬：答辯。八、指導(dǎo)教師審查意見 長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)審意見學(xué)生姓名鄭曉龍專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化60902畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目電容式液位傳感器及積算儀表研究指導(dǎo)教師朱清祥職 稱副教授評(píng)審日期評(píng)審參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水

12、平，是否同意參加答辯。評(píng)審意見： 指導(dǎo)教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_分長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)語學(xué)生姓名鄭曉龍專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化60902畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目電容式液位傳感器及積算儀表研究評(píng)閱教師職 稱評(píng)閱日期評(píng)閱參考內(nèi)容：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的研究（設(shè)計(jì)）內(nèi)容、方法及結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)是否完成規(guī)定任務(wù)，是否達(dá)到了學(xué)士學(xué)位水平的要求，是否同意參加答辯等。評(píng)語：評(píng)閱教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_分長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué)生姓名鄭曉龍專業(yè)班級(jí)自

13、動(dòng)化60902畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目電容式液位傳感器及積算儀表研究答辯時(shí)間 年 月 日 時(shí)答辯地點(diǎn)一、答辯小組組成答辯小組組長(zhǎng)：成 員：二、答辯記錄摘要答辯小組提問（分條摘要列舉）學(xué)生回答情況評(píng)判三、答辯小組對(duì)學(xué)生答辯成績(jī)的評(píng)定（百分制）：_分 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))最終成績(jī)?cè)u(píng)定(依據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)分、評(píng)閱教師評(píng)分、答辯小組評(píng)分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評(píng)分的相關(guān)規(guī)定)等級(jí)(五級(jí)制)：_答辯小組組長(zhǎng)(簽名) ： 秘書(簽名)： 年 月 日院(系)答辯委員會(huì)主任(簽名)： 院(系)(蓋章)電容式液位傳感器及積算儀表的研制 學(xué) 生：鄭曉龍，信息系 指導(dǎo)老師：朱清祥，長(zhǎng)江大學(xué)中文摘要摘要液位傳感器及積算儀表在工

14、業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在石油化工行業(yè)，在儲(chǔ)油罐、中轉(zhuǎn)罐、緩沖罐、儲(chǔ)運(yùn)罐等中都需要液位或界面的測(cè)量，因此液位測(cè)量及其顯示系統(tǒng)一直都非常重要。本文選擇了運(yùn)算放大器的電容測(cè)量方式。通過對(duì)電容式液位測(cè)量原理的分析，從硬件方面詳細(xì)介紹了液位測(cè)量所需傳感器及其積算儀表的設(shè)計(jì)過程。本系統(tǒng)主要由信號(hào)采集部分和信號(hào)處理部分組成。信號(hào)采集部分包括電容電壓轉(zhuǎn)換、運(yùn)算放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路；其中利用運(yùn)算放大器電容電壓檢測(cè)電路進(jìn)行信號(hào)的采集，放大電路也是采用的運(yùn)算放大器。AD轉(zhuǎn)換電路采用的8位高精度串行轉(zhuǎn)換芯片TLC549。信號(hào)處理部分包括單片機(jī)、報(bào)警電路、LCD液晶顯示等幾部分組成。報(bào)警電路設(shè)計(jì)的很簡(jiǎn)單，采用的l

15、ed小燈進(jìn)行報(bào)警顯示，LCD液晶顯示部分采用的LCD1602進(jìn)行顯示。在整體設(shè)計(jì)和理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)各部分進(jìn)行了硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了調(diào)試，同時(shí)本文對(duì)電容式液位傳感器的參數(shù)進(jìn)行了說明，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合。本課題設(shè)計(jì)的傳感器的測(cè)量精度在1以內(nèi)。符合設(shè)計(jì)的要求。關(guān)鍵詞:液位測(cè)量；液位傳感器；電容測(cè)量；運(yùn)算放大器法。Design of the Capacitive Liquid Level Sensor and Integrating MeterStudent: Zheng Xiaolong Information DepartmentTutor: Zhu Qingxiang, Yan

16、gtze University 英文摘要AbstractLiquid level sensors and integrating instrument have wide applications in industry especially in petro-chemical industry .The level testing or interface testing are needed in storage tanks transfer tanks buffer tanks storage and transportation tanks etc therefore ,level t

17、esting and receiving system are the key points in our research Aiming at the oil level measurement need of the petro-chemical industry variety measurement methods are analyzed The charge and discharge capacitance measurement is selected by comparing the various methods of measurement .The design and

18、 manufacture process are introduced in detail from hardware to software by analyzing the theory of capacitance level measurement .The method based on charge and discharge anti-parasitic capacitance disturbance measurement is adopted. which has high accuracy and no affection of the parasitic capacita

19、nce .Then the process of measurement is simplified and the measuring efficiency is guaranteed. The project design of the whole measuring system is given. which includes signal detection and acquisition part and signal processing part .The signal detection and acquisition part contains C/V conversion

20、 amplification and zero A/D conversion and the signal processing contains RS-485 serial communication keyboard. display. watch dog and reset etc .The hardware circuit and software are designed and then debugged based on the overall design and theory analysis. The error of the sensor system is analyz

21、ed in this paper ,and the improvement scheme is proposed ,then the combination curve of the experiment data is given. The absolute error of the sensor in this paper is 5mm,the accuracy of measurement is within 1%.Key Words:Level measurement; liquid level sensor; capacitance measurement; operational

22、amplifier method .前言 液位傳感器及積算儀表在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，特別是在石油化工等行業(yè)，中轉(zhuǎn)罐、沉降罐、游離水脫出器、電脫出器、緩沖罐、儲(chǔ)運(yùn)罐等各個(gè)環(huán)節(jié)都需要液位或界面的測(cè)量，在發(fā)電廠的汽包，油箱中也有所應(yīng)用。為此有必要設(shè)計(jì)一種性能優(yōu)越的液位傳感器及其接收儀表，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人值守，全自動(dòng)的液位測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)量及顯示，提高液位測(cè)量的自動(dòng)化測(cè)量水平，節(jié)約生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理。 本課題的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種電容式液位傳感器及積算儀表。其中傳感器部分實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的測(cè)量，再由A/D轉(zhuǎn)換電路將測(cè)量到的液位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量采集到單片機(jī)進(jìn)行處理運(yùn)算，最后由LCD進(jìn)行顯示

23、。本設(shè)計(jì)具有高精度，高分辨率，成本低廉的特點(diǎn)，可廣泛用于需要液位測(cè)量的場(chǎng)合，如可應(yīng)用在食品，化工，石油等行業(yè)，可為這些場(chǎng)合液位測(cè)量提供方便，具有一定的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。電容式液位傳感器及積算儀表的研制1.選題背景1.1液位儀表的現(xiàn)狀 國(guó)外液位儀表公司起步早，技術(shù)先進(jìn)，現(xiàn)在的跨國(guó)公司大多是20世紀(jì)50年代以來由技術(shù)人員創(chuàng)辦、自己開發(fā)產(chǎn)品、然后成立公司制造和銷售、逐步發(fā)展壯大、成為跨國(guó)公司，如E+H公司、Honeywell公司。國(guó)外液位儀表的狀況是：有一系列功能齊全、測(cè)量精度高、自動(dòng)化程度高的產(chǎn)品，對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合能選擇相應(yīng)的產(chǎn)品。目前這些產(chǎn)品在工業(yè)、石油化工業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，并已經(jīng)打入我國(guó)市

24、場(chǎng)，占據(jù)了主導(dǎo)的地位。我國(guó)的液位儀表工業(yè)起步較晚，20世紀(jì)60年代才有專業(yè)的液位儀表廠，以生產(chǎn)機(jī)械型產(chǎn)品為主，幾個(gè)國(guó)家定點(diǎn)大廠都逐步轉(zhuǎn)為以流量?jī)x表為主（如開封儀表廠、銀河儀表廠）。國(guó)家“七五”計(jì)劃期間，自動(dòng)化儀表行業(yè)掀起了技術(shù)引進(jìn)高潮，上海自動(dòng)化儀表五廠引進(jìn)了電容式液位開關(guān)制造技術(shù)、超聲波液位計(jì)制造技術(shù)，北京自動(dòng)化儀表四廠引進(jìn)了鋼帶液位計(jì)制造技術(shù)，鐵嶺光學(xué)儀器廠引進(jìn)了高溫雙色玻璃板液位計(jì)制造技術(shù)，同期流量行業(yè)有22個(gè)廠引進(jìn)了24個(gè)項(xiàng)目，隨著國(guó)家進(jìn)一步改革開放，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，自動(dòng)化程度的提高使液位儀表需求猛增。原有生產(chǎn)能力不能滿足要求，國(guó)外產(chǎn)品大量進(jìn)來（主要是高端產(chǎn)品），原來液位行業(yè)協(xié)會(huì)中一些成

25、員廠，有的破產(chǎn)、有的改制為民營(yíng)企業(yè)，也有些改變了產(chǎn)品方向，近年成立較多的液位儀表廠中，有國(guó)外獨(dú)資、合資，但更多的是民營(yíng)廠，沒有國(guó)營(yíng)廠。這些民營(yíng)企業(yè)生產(chǎn)的液位儀表各項(xiàng)性能指標(biāo)和國(guó)外同類產(chǎn)品相比還有較大的差距，雖然在液位儀表領(lǐng)域我國(guó)暫時(shí)落后，但也說明了這塊市場(chǎng)發(fā)展前景良好，潛力巨大。1.2電容式傳感器現(xiàn)狀 由于電容式傳感器主要是通過改變極板的面積，距離或者介電常數(shù)來改變電容量，目前主要將傳感器應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：電容式位移傳感器。電容式位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，用來測(cè)量各種導(dǎo)電材料的間隙、長(zhǎng)度、尺寸或位置、振動(dòng)位移等電容式液位傳感器。電容式液位傳感器有兩個(gè)導(dǎo)電極板(通常把容器壁作為一個(gè)電極)，

26、由于電極間是液體而導(dǎo)致靜電容發(fā)生變化因而可以感知液位的變化。固態(tài)電容式指紋傳感器。這種傳感器都是利用指紋中凸起的部分置于傳感器電容像素電極時(shí)電容量會(huì)有所增加，從而通過檢測(cè)增加的電來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的。雖然電容式傳感器的研究已經(jīng)是取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但由于它先天性存在很多缺點(diǎn)，如它的電容量一般很小，一般在PF級(jí)變化，電容量的變化受環(huán)境的影響、并且存在寄生電容和分布電容，使其靈敏度和輸入輸出關(guān)系都存在非線性；應(yīng)用電容式液位傳感器測(cè)量液位會(huì)產(chǎn)生掛壁現(xiàn)象，因此會(huì)造成虛假液位現(xiàn)象，目前主要應(yīng)用射頻導(dǎo)納的方法來改進(jìn)1；當(dāng)前的電容式液位儀智能化程度還不是很高，雖然國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些這方面的研究，但還沒有實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，

27、還有待改進(jìn)和開發(fā)。由此電容式傳感器的發(fā)展方向就是一方面加強(qiáng)電容式傳感器變換電路的集成度，為了克服寄生電容的影響，盡量將電路和傳感器連接得緊密些或者干脆做成一體，另一方面充分開發(fā)測(cè)量系統(tǒng)的智能化，將大大提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性。2.方案論證2.1電容式液位測(cè)量的原理D02.1.1測(cè)量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器的測(cè)量原理銅管不銹鋼容器壁d聚四氟乙烯套管D被測(cè)導(dǎo)電液圖1 測(cè)量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 測(cè)量導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì)主要是利用傳感器兩電極的覆蓋面積隨被測(cè)液體液位的變化而變化，從而引起電容量變化這種關(guān)系進(jìn)行液位測(cè)量的，圖1為傳感器部分的結(jié)構(gòu)原理圖。從整體上看，銅棒、聚四氛乙烯套管以及容器內(nèi)

28、的被測(cè)導(dǎo)電液體共同構(gòu)成一圓柱形電容器，其中銅棒是電容器的一個(gè)電極(相當(dāng)于定片)，被測(cè)導(dǎo)電液體則是電容器的另一個(gè)電極(相當(dāng)于動(dòng)片)，套在銅棒上的聚四氟乙烯套管為兩電極間的絕緣介質(zhì)?？梢?，液位升高時(shí)，兩電極極板的覆蓋面積增大，可變電容傳感器的電容量就成比例地增加；反之.電容量就減小。因此，通過測(cè)量傳感器的電容量大小就可獲知被測(cè)液體液位的高低。當(dāng)可測(cè)量液體位H=0，即容器內(nèi)的實(shí)際液位低于h(非測(cè)量區(qū))時(shí).傳感器與容器之間存在分布電容、這時(shí)的電容量C0為 C0=20LlnD0/d (1)式中：0聚四氟乙烯套管和容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù)； L為液位測(cè)量范圍(可變電容器兩電極的最大覆蓋長(zhǎng)度)，mm； D0

29、為容器內(nèi)徑，mm； d為個(gè)銹鋼棒直徑，mm；當(dāng)液位高度為H時(shí)，傳感器的電容量CH為： CH=2HlnD/d+2o(L-H)lnD0/d (2)式中：為聚四氟乙烯的介電常數(shù)，2；D為聚四氟乙烯套管外徑，mm。因此.當(dāng)容器內(nèi)的液位由零增加到H時(shí)，傳感器的電容變化量C為： C=2HlnD/d-2oHlnD0/d (3)通常，D0D, 而且o，因而上式中第二項(xiàng)的數(shù)值要比第一項(xiàng)小得多，可以忽賂。則 C2HlnD/d (4)在式(4)中.當(dāng)電極確定后，、D和d都是定值，故可以將式子改寫為： C=KH (5) K=2HlnD/d (6)可見，只要參數(shù)、D和d的數(shù)值穩(wěn)定，不受壓力、溫度等因素的影響，即K為常數(shù)

30、，那么傳感器的電容變化量與液位的變化量之間就有著良好的線性關(guān)系。因此，通過測(cè)量傳感器電容量就可方便地求出被測(cè)液位。另外，式(6)還表明，絕緣材料的介電常數(shù)較大和絕緣層厚度較薄(D/d較小)時(shí)，傳感器的靈敏度較高。以上介紹的液位傳感器適用于電導(dǎo)率10-2S/M的液體，但被測(cè)液體的粘度不能大，否則，當(dāng)液位下降時(shí)，被測(cè)液體會(huì)在電極的套管上產(chǎn)生粘附層，該枯附層將繼續(xù)起著外電極的作用，從而產(chǎn)生虛假電容信號(hào)，以致形成虛假液位，使儀表指示液位高于實(shí)際液位。另外，還應(yīng)該再次指出，這種液位傳感器的底部約有10mm的非測(cè)量區(qū)。dDHL不銹鋼內(nèi)電極容器不銹鋼外電極被測(cè)非導(dǎo)電液絕緣套2.1.2測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液

31、位傳感器的測(cè)量原理圖2 測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 測(cè)量非導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì)主要利用被測(cè)液體液位變化時(shí)，可變電容傳感器兩電極之間充填介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起電容量變化這一特性進(jìn)行液位測(cè)量。適合的測(cè)量對(duì)象包括：電導(dǎo)率10-9S/M的液體(如輕油類)、部分有機(jī)溶劑和液態(tài)氣體。傳感器部分的結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。兩根同軸裝配、相互絕緣的不銹鋼管分別作為圓柱形可變電容傳感器的內(nèi)、外電極，外管管壁上布有通孔，以便被測(cè)液體自由進(jìn)出。 當(dāng)測(cè)量液位H為零時(shí)，兩電極間的介質(zhì)是空氣，這時(shí)傳感器的初始電容量C0為： C0=20LlnD/d (7)式中：0空氣的介電常數(shù)； L兩電極的最大覆蓋長(zhǎng)度，mm；

32、 D、d分別為外電極的內(nèi)徑和內(nèi)電極的外徑，mm。 當(dāng)被測(cè)液體的液位上升為H時(shí)，傳感器的電容量CH為： CH=2HlnD/d-20(L-H)lnD/d (8)式中：被測(cè)液體的介電常數(shù)。因此，當(dāng)容器內(nèi)的液位由零增加到H時(shí)。傳感器的電容變化量C為： C=2(-0)LlnD/d (9)可見當(dāng)電極給定后，參數(shù)、D和d均為定值，故傳感器的電容變化量只是液位H的單值函數(shù)，亦即測(cè)取傳感器的電容量就可確定被測(cè)液位。以上所述為電容式液位傳感器的基本工作原理，反映了電容式液位計(jì)將液位測(cè)量轉(zhuǎn)換為電容量測(cè)量的過程。在此基礎(chǔ)上.液位計(jì)的測(cè)量電路將完成電容量的測(cè)量，并最終顯示相應(yīng)的液位4。2.2系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 本液位測(cè)

33、量系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)油罐液位的測(cè)量顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)交換。本測(cè)量系統(tǒng)主要是將油罐液位的變化量轉(zhuǎn)換為電容的變化量，通過對(duì)電容變化的信號(hào)進(jìn)行處理分析從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位監(jiān)測(cè)和顯示。看門狗及復(fù)位電路本課題整體方案框圖3.1所示6：報(bào)警電路單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換放大電路電容/電壓轉(zhuǎn)換，采用運(yùn)放法探頭LCD液晶顯示RS485串口圖3 整體方案框圖 電容傳感器的電容經(jīng)過電容/電壓轉(zhuǎn)換部分將待測(cè)的傳感器電容量轉(zhuǎn)化為直流電壓信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理放大，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換部分轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的運(yùn)算處理后，將處理結(jié)果通過液晶顯示，本系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分構(gòu)成：1信號(hào)檢測(cè)部分 本部分主要由電容/

34、電壓轉(zhuǎn)換部分，即將測(cè)量到的電容信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)；放大電路部分，將測(cè)量得到的電壓信號(hào)經(jīng)過放大轉(zhuǎn)換成3-6V之間變化的電壓，以達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入要求；A/D轉(zhuǎn)換部分，即信號(hào)采集部分，將測(cè)量到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，以便供單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。2信號(hào)處理部分（1）單片機(jī)部分 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)在一塊芯片上集成了CPU、ROM和RAM存儲(chǔ)器I/O接口等而構(gòu)成的具有數(shù)據(jù)處理能力微型計(jì)算機(jī)。因此，此部分為整個(gè)電路的核心部分，將得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，從而進(jìn)行顯示和實(shí)現(xiàn)液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。（2）LCD液晶顯示 采用的LCD1602進(jìn)行對(duì)液位的

35、顯示。（3）led小燈報(bào)警電路 當(dāng)液位不正常時(shí)，led小燈閃爍，進(jìn)行報(bào)警。3.設(shè)計(jì)論述 系統(tǒng)整個(gè)硬件電路可以分為以下幾部分：信號(hào)檢測(cè)電路、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、LCD顯示電路和指示燈報(bào)警電路。為了保證測(cè)量精度和抵御高低溫環(huán)境影響，硬件電路中幾乎所有的元器都選用工業(yè)級(jí)的貼片元器件。3.1信號(hào)采集電路3.1.1電容測(cè)量電路原理 電容式液位傳感器的測(cè)量電路是十分關(guān)鍵的部分，而且由于液位變化導(dǎo)致電容的變化非常小，測(cè)量范圍大概在幾十PF到幾百PF之間變化，主要就是將電容的變化值轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，因而測(cè)量電路的關(guān)鍵在于微小電容的檢測(cè)，本次設(shè)計(jì)采用運(yùn)算放大器法進(jìn)行測(cè)量。圖4 運(yùn)算放大器法原理圖 Cf為參考電

36、容。這時(shí)運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)很大，而輸入阻抗很高，由于運(yùn)算放大器的反向輸入端虛地，因此雜散電容兩端相當(dāng)于接地，故對(duì)電路影響可以忽略，Um為激勵(lì)源電壓，由放大電路理論可得 Uout=-CfCxUm (10)待測(cè)電容 Cx=Sd (11)將（11）帶入（10）可得 Uout=-CfSUmd (12) 由上式得出，介電常數(shù)與輸出電壓Uout成線性關(guān)系，通過這種方法理論上解決了變介電常數(shù)電容輸出特性的非線性問題。3.1.2電信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)由于從傳感器得出的電壓一般在0-30mv之間，太小不易測(cè)量，所以要通過放大電路進(jìn)行放大，如圖所示，采用最基本的比例運(yùn)算反放大電路. 圖5 比例放大電路要將30mV電

37、壓放大成5V，根據(jù)公式Uo=-（R6/R4）Ui,所以選擇R6=500K,R4=3K，R7=R6/R4。由于電容電壓采集電路采用的同相端輸入，這里也同樣采用同相端輸入，所以放大后的電壓極性還是為正。3.2信號(hào)轉(zhuǎn)換電路3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換電路原理 A/D轉(zhuǎn)換電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心電路，在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，需要把在時(shí)間上連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成代碼離散的數(shù)字量。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，必需在一系列選定的瞬間（時(shí)間坐標(biāo)軸一些規(guī)定的點(diǎn)上）對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，然后把這些采樣值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。因此，一般的A/D轉(zhuǎn)換過程是通過采樣保持、量化和編碼這三個(gè)步驟完成的，即首先對(duì)輸入的模擬電信號(hào)采樣，采樣結(jié)束后進(jìn)入保持時(shí)

38、間，在這段時(shí)間內(nèi)將采樣的電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后開始下一次采樣。在本文我們就選擇逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器TLC5496。圖6 TLC549管腳圖TLC549是 TI公司生產(chǎn)的一種低價(jià)位、高性能的8位A/D轉(zhuǎn)換器，它以8位開關(guān)電容逐次逼近的方法實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度小于 17us，最大轉(zhuǎn)換速率為 40000HZ，4MHZ典型內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，電源為 3V至 6V。它能方便地采用三線串行接口方式與各種微處理器連接 各引腳名稱及作用： REF+：正基準(zhǔn)電壓輸入 2.5VREF+Vcc+0.1。REF：負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端，-0.1VREF-2.5V。且要求：（REF+）（

39、REF-）1V。 VCC：系統(tǒng)電源3VVcc6V。GND：接地端。/CS：芯片選擇輸入端，要求輸入高電平 VIN2V，輸入低電平 VIN0.8V。DATA OUT：轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)串行輸出端，與 TTL 電平兼容，輸出時(shí)高位在前，低位在后。ANALOGIN：模擬信號(hào)輸入端，0ANALOGINVcc，當(dāng) ANALOGINREF+電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為全“1”(0FFH)，ANALOGINREF-電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為全“0”(00H)。I/OCLOCK：外接輸入/輸出時(shí)鐘輸入端，同于同步芯片的輸入輸出操作，無需與芯片內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘同步。3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)TLC549與單片機(jī)的連接如圖7所示：圖7

40、A/D轉(zhuǎn)換電路圖分析如下：TLC549的片選端CS連接單片機(jī)P2.4，SLCK連接的 P2.3，數(shù)據(jù)口SDO連接到P2.5。3.3指示燈報(bào)警電路圖8 指示燈與單片機(jī)接口電路 采用簡(jiǎn)單的led當(dāng)做指示燈，當(dāng)液位不在要求范圍內(nèi)使發(fā)光進(jìn)行報(bào)警。使用P1.3控制。 3.4 LCD液晶顯示接口電路3.4.1 LCD1602液晶顯示基礎(chǔ)知識(shí)圖9 LCD1602引腳圖 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作

41、用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VDD接5V電源正極第3腳：VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E(或EN)端

42、為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。3.4.2 LCD顯示電路設(shè)計(jì)圖10 LCD1603與單片機(jī)接口電路如圖，采用P0口作為數(shù)據(jù)位，P2.0,P2.1,P2.2作為控制位。3.5 RS-485串行口設(shè)計(jì)電路 本課題選用RS-485轉(zhuǎn)換芯片為MAX483，它是使用RS-422和RS-485通信線路的低功率收發(fā)器，它的內(nèi)部集成了一個(gè)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。MAX483采用單+5V電源供電，電源電流為120-150A，在低電流待機(jī)方式下的電流僅為0.1A。MAX483的驅(qū)動(dòng)器具有短路限流功能，因此，可以借助使驅(qū)動(dòng)器輸出端進(jìn)入高阻狀

43、態(tài)的熱帶及電路防止功耗超限，其接收器輸入端具有保險(xiǎn)功能，若輸入端開路，可以確保邏輯高電平輸出。MAX483芯片引腳功能說明如下：RO：接收器輸出。/RE：接受器輸出使能。/RE=0，允許接收器輸出；/RE=1，接收器輸出被禁止，RO為高阻。DE：驅(qū)動(dòng)器輸出使能，DE=1，允許驅(qū)動(dòng)器工作；DE=0，驅(qū)動(dòng)器被禁止，輸出端為高阻。DI：驅(qū)動(dòng)器輸入，DI=1，輸出端A輸出為高，B輸出為低；DI=0，反之。A：接收器非反相輸入和驅(qū)動(dòng)器非反向輸出端。B；接收器反向輸入和驅(qū)動(dòng)器反向輸出端。RS-485串口通信部分的具體接口電路如圖11所示：圖11 MAX483與單片機(jī)接口電路 MAX483可以達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸

44、速率為250Kbps，為半雙工通信方式，通信狀態(tài)的轉(zhuǎn)換通過設(shè)置接受器使能信號(hào)/RE和驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)DE實(shí)現(xiàn)。同時(shí)設(shè)置/RE和DE為高電平和低電平可以使MAX483進(jìn)入低功耗待機(jī)狀態(tài)，為了保證MAX483可靠進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，應(yīng)使/RE為高電平和DE為低電平的時(shí)間不少于600ns。在此接口電路設(shè)計(jì)中，對(duì)/RE和DE的控制采用單片機(jī)的一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)，該引腳置低使MAX483處于接收使能狀態(tài)，該引腳置高使MAX483處于發(fā)送使能狀態(tài)。3.6 看門狗及復(fù)位電路 看門狗、復(fù)位電路選用Maxim公司推出的低成本并具有監(jiān)控功能的微處理芯片MAX813L，它主要有以下四個(gè)功能；具有獨(dú)立的看門狗計(jì)時(shí)器，如果看門狗

45、輸入在1.6s內(nèi)無變化，就會(huì)產(chǎn)生看門狗輸出；掉電或電源電壓低于1.25V時(shí)，產(chǎn)生掉電輸出；上電時(shí)能自動(dòng)產(chǎn)生200ms寬的復(fù)位脈沖；具有人工復(fù)位功能，當(dāng)人工復(fù)位端輸入低電平時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。MAX813L與單片機(jī)AT89C51的接口電路如圖12所示。圖12 MAX813l與單片機(jī)接口電路 從圖12中可以看出MAX813L的電源故障輸出端（/PFO）與單片機(jī)的/INT0端相連；看門狗信號(hào)輸出端（/WDO）通過一個(gè)二極管與手動(dòng)復(fù)位輸入端（/MR）相連，可組成上電復(fù)位及看門狗、復(fù)位電路；/MR端與按鍵相連后接地，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位；復(fù)位信號(hào)輸出端（RESET）與AT89C52的RST端相連；看門狗信號(hào)輸

46、入端（WDI）與單片機(jī)的P1.5腳連接。電路中巧妙地利用了MAX813L的手動(dòng)復(fù)位輸入端（/MR），一旦程序跑飛引起“死機(jī)”，若CPU在1.6s內(nèi)不能給出“喂狗”信號(hào)，則/WDO跳變?yōu)榈碗娖剑捎?MR端有一個(gè)內(nèi)部250mA的上拉電流，所以二極管導(dǎo)通，/MR獲得有效低電平，RESET端輸出復(fù)位脈沖，這時(shí)單片機(jī)復(fù)位。此時(shí)看門狗定時(shí)器清零，重新計(jì)數(shù)，/WDO又恢復(fù)成高電平。因此，在該電路中，僅外接一個(gè)二極管和MAX813L芯片即可完成監(jiān)控、復(fù)位的功能。在系統(tǒng)對(duì)抗干擾要求不太高的情況下，這種電路就可以滿足需要。另外，在調(diào)試中將二極管斷開，就可以不考慮“喂狗”信號(hào)。該電路也可以隨時(shí)使用手動(dòng)復(fù)位按鈕使M

47、AX813L產(chǎn)生復(fù)位脈沖，產(chǎn)生復(fù)位脈沖的前提是/MR端低電平至少保持140ms，這樣可以有效的消除開關(guān)抖動(dòng)。3.7 硬件部分的抗干擾措施 硬件部分的抗干擾在單片機(jī)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)有十分重要的作用，因?yàn)閱纹瑱C(jī)應(yīng)用中存在著各種各樣的干擾侵襲，直接影響到系統(tǒng)的可靠性，只有考慮了硬件可靠性的設(shè)計(jì)，才可能在系統(tǒng)調(diào)試中避免各種問題，使單片機(jī)能夠正常工作。本設(shè)計(jì)從以下幾個(gè)方面考慮了系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計(jì)：（1）元器件要精密調(diào)整 元器件在使用前或經(jīng)過一段運(yùn)行時(shí)間之后，都應(yīng)對(duì)元器件及部件進(jìn)行精確調(diào)整，因?yàn)樵骷木仁潜ＷC系統(tǒng)完成既定功能的重要保證。如A/D芯片的調(diào)零及滿量程調(diào)整等。（2）精心選擇元器件 元器件是構(gòu)成部件

48、或系統(tǒng)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)選用的元器件是否合理、優(yōu)質(zhì)，將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能與可靠性水平，也關(guān)系到經(jīng)濟(jì)成本和日后的維護(hù)和使用。因此，要選擇集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗小的電子器件。（3）輸入、輸出通道抗干擾措施 輸入、輸出通道是前向接口、后向接口與主機(jī)之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂剑谶^程通道中長(zhǎng)線傳輸?shù)母蓴_是主要因素，為了保證傳輸?shù)目煽啃?，常用的抗干擾措施有光電耦合隔離，光電耦合器可切斷主機(jī)與前向、后向電路的聯(lián)系有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使過程通道上的信噪比大大提高。長(zhǎng)線傳輸時(shí)阻抗匹配也是抗干擾的重要手段。若阻抗不匹配傳輸線會(huì)產(chǎn)生反射，使信號(hào)失真，因此要進(jìn)行阻抗匹配，其中包括：終端并聯(lián)阻抗匹配，始端串聯(lián)阻抗匹配，終端并聯(lián)隔直流匹配，終端鉗位二極管匹配；在長(zhǎng)線傳輸中采用雙絞線輸出也是常用方法，因?yàn)榇朔椒ň哂畜w積小，柔軟，抗共模干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)采用了雙絞線的輸出方式。（4）模擬電源與數(shù)字電源分開 模擬電源對(duì)電壓的穩(wěn)定性要求比數(shù)字電路高，所以盡量將模擬電源與數(shù)字電源的供電走線分開，其處理方式同模擬地和數(shù)字地的處理方法同時(shí)，還需要對(duì)模擬電源本身進(jìn)行處理，進(jìn)一步減小模擬電源中的干擾信號(hào)。電源去耦，配置去耦電容，在各芯片的電源端與地線端之間直接跨接一個(gè)0.1F的去耦電容。對(duì)