一、引言 液體的液位測量在工業(yè)生產(chǎn)中非常普遍，應(yīng)用領(lǐng)域也比較廣，例如：自來水位的測量和控制，石油管道和儲(chǔ)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(hào)，把這些信號(hào)變成電信號(hào)，然后經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換、送入單片機(jī)處理后，最后發(fā)送到遠(yuǎn)方的PC機(jī)，這樣可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的液位情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而向被控單元發(fā)出指令，采取相應(yīng)的動(dòng)作。整個(gè)系統(tǒng)的框圖如下： [align=left]二、具體的實(shí)現(xiàn)過程 1.放大部分：TLC4502－雙路自校準(zhǔn)低噪聲高速運(yùn)算放大器的應(yīng)用。 集成運(yùn)算放大器種類很多，在各類儀表及控制電路中要求運(yùn)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(yùn)算放大器都具有外接調(diào)零電位器輸入端，應(yīng)用時(shí)首先對(duì)其失調(diào)調(diào)零。由于電路復(fù)雜，給調(diào)試帶來不便。美國TI儀器公司研制生產(chǎn)的TLC4502精密型雙運(yùn)算放大器，采用自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)，在上電時(shí)將輸入失調(diào)電壓自動(dòng)調(diào)整為零，使用起來十分方便，同時(shí)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(dòng)校準(zhǔn)運(yùn)算放大器在片內(nèi)利用對(duì)數(shù)字與模擬信號(hào)的處理，可在上電時(shí)輸入失調(diào)電壓自動(dòng)校準(zhǔn)為零。完成自動(dòng)校準(zhǔn)一般需要300ms的時(shí)間，連續(xù)校準(zhǔn)時(shí)可在（±）3μV范圍內(nèi)反復(fù)進(jìn)行。一旦校準(zhǔn)完成，大部分校準(zhǔn)電路將脫離信號(hào)通道并被關(guān)斷，這樣，校準(zhǔn)電路對(duì)信號(hào)通道幾乎無影響，這也使得TLC4502在校準(zhǔn)周期結(jié)束之后可以完全象其他精密運(yùn)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(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集，數(shù)字音頻，工業(yè)控制等領(lǐng)域。在本系統(tǒng)中，用來放大從傳感器出來的微弱信號(hào)，具體電路如圖1：[/align][align=center] 圖1[/align][b][align=left] [/b]2.A/D轉(zhuǎn)換部分：TLC1549－帶串行控制的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。 從放大器出來的電壓信號(hào)進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器以形成單片機(jī)便于處理的數(shù)字信號(hào)。在該設(shè)計(jì)中，采用了美國TI公司生產(chǎn)的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549。它采用CMOS工藝，具有內(nèi)在的采樣和保持，采用差分基準(zhǔn)電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)整誤差達(dá)到（±）1LSBMax（4.8mv），占地面積小等特點(diǎn)。[/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(dāng)串行接口把/CS拉至有效時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)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(zhuǎn)換結(jié)果。I/OCLOCK從主機(jī)串行接口接收長度在10和16個(gè)時(shí)鐘之間的輸入序列。開始10個(gè)I/O時(shí)鐘提供采樣模擬輸入的控制時(shí)序。在/CS的下降沿，前次轉(zhuǎn)換的MSB出現(xiàn)10個(gè)時(shí)鐘長度，那么在10個(gè)時(shí)鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把DATAOUT拉至低電平以確保其余位的值為零。在正常進(jìn)行的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，規(guī)定時(shí)間內(nèi)/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(jù)寄存器的內(nèi)容保持為前次轉(zhuǎn)換結(jié)果）。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時(shí)要小心防于止/CS被拉至低電平。時(shí)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(jìn)行隔離，使得PC機(jī)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(dāng)RS232的RTS端為邏輯電平1（－12V）時(shí)，光電耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏三極管不導(dǎo)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(jù)（工作邏輯與RTS端相似）。當(dāng)RS232的RTS端為邏輯電平0（＋12V）時(shí)，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)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(shí)，當(dāng)其輸出為邏輯電平1時(shí)，光電耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏三極管不導(dǎo)通，借助RS232輸出停止時(shí)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(dāng)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(dǎo)通，使其輸出也為＋5V，也在RS232邏輯電平0的范圍之內(nèi)，即為邏輯電平0。這樣，根據(jù)PC機(jī)和單片機(jī)之間的協(xié)議，就可實(shí)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(gè)系統(tǒng)能夠正常工作的基礎(chǔ)，在本設(shè)計(jì)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(chǎn)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(nèi)。電路如圖6所示：[/align][align=left] 三、結(jié)束語 由TI公司的模擬產(chǎn)品TLC4502、TLC1549、SN75LBC184、TL750L05和ATMEL公司的單片機(jī)AT89C2051構(gòu)成的分布式數(shù)據(jù)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(diǎn)為：面積小，占地為5cmΧ6.5cm；性能好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)處理幾個(gè)物理參量，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；操作簡單方便。附：該系統(tǒng)的實(shí)物圖。如下所示：[/align][align=left] [/align]