一、引言 液體的液位測量在工業(yè)生產中非常普遍，應用領域也比較廣，例如：自來水位的測量和控制，石油管道和儲油罐的油位的測量等。高精度的傳感器可用于這些測試系統(tǒng)中來感知傳遞壓力、流量、溫度等信號，把這些信號變成電信號，然后經過放大、A/D轉換、送入單片機處理后，最后發(fā)送到遠方的PC機，這樣可實現(xiàn)對現(xiàn)場的液位情況進行實時監(jiān)控，從而向被控單元發(fā)出指令，采取相應的動作。整個系統(tǒng)的框圖如下： [align=left]二、具體的實現(xiàn)過程 1.放大部分：TLC4502－雙路自校準低噪聲高速運算放大器的應用。 集成運算放大器種類很多，在各類儀表及控制電路中要求運算放大器必須具有高精度，高共模抑制比和低溫漂等性能。目前采用的精密運算放大器都具有外接調零電位器輸入端，應用時首先對其失調調零。由于電路復雜，給調試帶來不便。美國TI儀器公司研制生產的TLC4502精密型雙運算放大器，采用自動校準技術，在上電時將輸入失調電壓自動調整為零，使用起來十分方便，同時也節(jié)省了PCB板和外部分離元件，該器件的管腳排列如下圖所示：[/align][align=left] TLC4502自動校準運算放大器在片內利用對數(shù)字與模擬信號的處理，可在上電時輸入失調電壓自動校準為零。完成自動校準一般需要300ms的時間，連續(xù)校準時可在（±）3μV范圍內反復進行。一旦校準完成，大部分校準電路將脫離信號通道并被關斷，這樣，校準電路對信號通道幾乎無影響，這也使得TLC4502在校準周期結束之后可以完全象其他精密運算放大器一樣使用。 TLC4502具有高精度，高增益，良好的電源抑制比，驅動能力強等特點，可廣泛應用于數(shù)據采集，數(shù)字音頻，工業(yè)控制等領域。在本系統(tǒng)中，用來放大從傳感器出來的微弱信號，具體電路如圖1：[/align][align=center] 圖1[/align][b][align=left] [/b]2.A/D轉換部分：TLC1549－帶串行控制的10位模數(shù)轉換器的應用。 從放大器出來的電壓信號進入到A/D轉換器以形成單片機便于處理的數(shù)字信號。在該設計中，采用了美國TI公司生產的10位模數(shù)轉換器TLC1549。它采用CMOS工藝，具有內在的采樣和保持，采用差分基準電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準轉換范圍，總不可調整誤差達到（±）1LSBMax（4.8mv），占地面積小等特點。[/align][align=left]3.工作部分 其工作原理為：在芯片選擇（/CS）無效情況下，I/OCLOCK最初被禁止且DATAOUT處于高阻狀態(tài)。當串行接口把/CS拉至有效時，轉換時序開始允許I/OCLOCK工作并使DATAOUT脫離高阻狀態(tài)。串行接口然后把I/OCLOCK序列提供給I/OCLOCK并從DATAOUT接收前次轉換結果。I/OCLOCK從主機串行接口接收長度在10和16個時鐘之間的輸入序列。開始10個I/O時鐘提供采樣模擬輸入的控制時序。在/CS的下降沿，前次轉換的MSB出現(xiàn)10個時鐘長度，那么在10個時鐘的下降沿，內部邏輯把DATAOUT拉至低電平以確保其余位的值為零。在正常進行的轉換周期內，規(guī)定時間內/CS端高電平至低電平的跳變可終止改周期，器件返回初始狀態(tài)（輸出數(shù)據寄存器的內容保持為前次轉換結果）。由于可能破壞輸出數(shù)據，所以在接近轉換完成時要小心防于止/CS被拉至低電平。時序圖如圖2：[/align][align=left] 在該電路中，使用了三片光電耦合器TLP521進行隔離，使得PC機與SN75LBC184之間完全沒有了電的聯(lián)系，提高了工作的可靠性，其工作原理為：當RS232的RTS端為邏輯電平1（－12V）時，光電耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏三極管不導通，輸出電平為TTL的邏輯電平1（＋5V），選中RS485接口芯片的DE端，容許RS485接收，這樣，RS232的TXD端就可以發(fā)送數(shù)據（工作邏輯與RTS端相似）。當RS232的RTS端為邏輯電平0（＋12V）時，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導通，輸出端為TTL的邏輯電平0（0V），選中RS485接口芯片的RE端，容許RS485發(fā)送。RS485的R端工作時，當其輸出為邏輯電平1時，光電耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏三極管不導通，借助RS232輸出停止時其TXD電平為－12V，電容被充電到－12V，使其輸出也為－12V，即邏輯電平1；當其輸出為邏輯電平0，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導通，使其輸出也為＋5V，也在RS232邏輯電平0的范圍之內，即為邏輯電平0。這樣，根據PC機和單片機之間的協(xié)議，就可實現(xiàn)二者交互式的通信。 4.電源部分 電源的穩(wěn)定性是整個系統(tǒng)能夠正常工作的基礎，在本設計中，所有的器件都采用常用的＋5V的電壓，為了提高電壓的穩(wěn)定性，采用了TI公司生產的固定正輸出、低壓差穩(wěn)壓器TL750L05。TL750L05必須有輸出電容，沒有輸出電容，則其輸出端的電壓為鋸齒波形狀，鋸齒波的上升沿隨輸入電壓變化而變化，加輸出電容后，可以抑制上述現(xiàn)象，輸出電容的范圍在0.1uF～1uF內。電路如圖6所示：[/align][align=left] 三、結束語 由TI公司的模擬產品TLC4502、TLC1549、SN75LBC184、TL750L05和ATMEL公司的單片機AT89C2051構成的分布式數(shù)據采集和控制系統(tǒng)，現(xiàn)已用于監(jiān)測石油管道的壓力，流量和溫度等參量，性能良好。該系統(tǒng)的特點為：面積小，占地為5cmΧ6.5cm；性能好，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，同時處理幾個物理參量，進行實時監(jiān)控；操作簡單方便。附：該系統(tǒng)的實物圖。如下所示：[/align][align=left] [/align]