基于AT89S52的电容式物位限位计

　　0　引　言

　　物位测量在工业过程控制、物料仓储等领域有着极为广泛的应用。目前,除机械装置外,主要有基于超声波测距原理以及电容式传感器原理等实现方法,而系统在后者的基础上加以改进,使物位限位计具有如下特点:(1)操作简单:全密封便携式一体化设计,单键一次性标定,便于移动、安装与使用,且免于维护;(2)低温漂:采用射频技术与数字技术,消除了环境温度对系统运行的影响,增强系统可靠性;(3)现场适应性强:可在高温、高压、大粉尘、高黏度等多种场合中对固体及液体物料进行监控;(4)远程监控:符合工业标准的4~20 mA电流输出,可通过远程计算机对物位的状态进行实时监控。

　　1　硬件设计

　　系统组成框图如图1所示。

　　1·1　数据采集部分

　　数据采集部分主要是将待测的物理量转换成电信号,便于进行运算与处理。关键是对所测数据的采集速率、动态范围、响应时间、最小分辨率等。基本原理是根据空间电容值随所处环境的介电常数的变化而变化,当被测物料处于不同高度时,储料仓中物料与空气的混合介电常数会发生变化,从而导致电容值发生变化,进一步反映在由电容组成的波形发生器所输出波形的频率变化,经施密特整形后输出一定频率的方波,分频后(由于系统中由电容式传感器构成的脉冲发生电路在整个测量过程中的输出频率将在MHz以上,直接输入单片机将无法测量准确)输入单片机进行数据处理。

　　1·2　数据处理部分

　　数据处理部分主要是精确测量输入信号,并根据输入信号的不同作出相应的判断,从而控制相应的输出状态。关键是对输入脉冲频率的精确测量,主要器件是一片单片机,根据系统需求,所选用的单片机只需具备一般的定时计数功能、中断控制、通用IO口、支持在系统编程即可,AT89S52单片机能满足这一需求。

　　在数据处理部分的前端有一分频器,采用通用阵列逻辑(GAL),对其编程以达到最高128分频的目的。其主要功能是将高频率的信号进行分频后得到频率较低的信号以便单片机进行测量,原因是系统中所用的单片机工作在24 MHz的振荡频率,而每计数一次需要12个振荡周期,可以算出计数器的计数频率(计数器所能测得的最高脉冲频率)为2 MHz,而系统中所需测量的最高频率远远超出了计数频率。信号经分频后远小于单片机的计数频率,这样,单片机就可以对输入信号脉冲进行精确的计数并得出信号的频率。

　　1·3　输出控制部分

　　输出控制部分的主要目的是根据单片机的输出信号进行实时数据传输与远程监控。根据用户的不同需求,采用了双极性继电器,并通过跳线将继电器初始状态设置为常开或常闭。同时,为了满足传输距离的不同需求,使用MAX232将TTL电平转换成RS232电平进行短距离传输,而用MAX485将TTL电平转换成RS485电平进行中远距离传输。