電容傳感器測量系統(tǒng)模塊電路設(shè)計(jì)集錦

　　基于海上溢油回收的特殊環(huán)境，該文設(shè)計(jì)了一種基于AT89S51單片機(jī)的海上液位測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分段電容檢測的原理，以實(shí)現(xiàn)油水雙液位的檢測。合理搭建了微小電容測量的硬件電路。系統(tǒng)可以準(zhǔn)確無誤地應(yīng)用于海上油位的測量。

　　方波產(chǎn)生電路

　　圖4 方波產(chǎn)生電路

　　由NE555構(gòu)成的多諧振蕩器是二極管交流電橋測量的方波信號(hào)源，其具體電路如圖4所示。頻率計(jì)算如式（4）、式（5）和式（6）所示。

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　　令，，，則：。因此，NE555可以為電容檢測電路提供電壓幅值為5V、頻率為500kHz的方波信號(hào)源。

　　雙T二極管交流電橋電容測量電路

　　電容傳感器將液位高度轉(zhuǎn)化為電容量，再通過電容測量電路將其轉(zhuǎn)化成與其成線性函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或頻率信號(hào)。由于電容只有幾個(gè)PF，所以采用雙T二極管交流電橋微電容檢測電路將電容的變化量轉(zhuǎn)化成電壓輸出。測量原理如圖5所示。

　　圖5 二極管T型網(wǎng)絡(luò)

　　在圖5中：e為高頻電源，D1、D2為特性完全相同的兩個(gè)二極管。

　　精密放大電路

　　將0～0.5mV電壓轉(zhuǎn)換成0～5V，以進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。采用OP07構(gòu)成兩級(jí)集成運(yùn)算放大電路，第一級(jí)放大倍數(shù)為20，第二級(jí)放大倍數(shù)為50，其電路構(gòu)成如圖6所示。

　　圖6 精密放大電路

　　單片機(jī)與A/D接口電路

　　傳感器和單片機(jī)之間需要A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。本文采用逐次比較A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。與單片機(jī)具體的接口電路如圖7所示。

　　圖7 ADC0809與單片機(jī)接口電路

　　在圖7中，單片機(jī)通過P1.0，P1.1，P1.2口控制ADC0809的地址選擇端口A、B、C。單片機(jī)ALE端口輸出2MHz時(shí)鐘頻率信號(hào)，經(jīng)過74LS74四分頻電路產(chǎn)生ADC0809所需要的500kHz時(shí)鐘信號(hào)。P3.4作為片選信號(hào)，當(dāng)它為低電平時(shí)，打開或非門，允許寫信號(hào)通過，選中ADC0809的某一通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位通過非門觸發(fā)外部中斷0，讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

　　數(shù)碼管顯示電路

　　采用三位LED數(shù)碼管作為液位數(shù)據(jù)的顯示。74HC245為顯示驅(qū)動(dòng)芯片，其輸入接P0口，輸出接數(shù)碼管八個(gè)管腳。三段數(shù)碼管分別由P2.0、P2.1、P2.2控制。AT89S51單片機(jī)與數(shù)碼管的顯示電路如圖8所示。

　　圖8 數(shù)碼管顯示電路