基于光纤传感器的液位测控系统设计

基于光纤传感器的液位测控系统设计内容实验意义1实验原理2实验设计3电路图设计4软件设计5总结6精确对压力容器内部的液体液位、易燃易爆液体液位的测控，是现代测控科学的重要课题。尤其是石油化工行业易燃易爆和电磁干扰严重场所的多处罐体液位测控，都需要一种性能稳定的多处罐体液位测控。实验意义1图1液化石油气储罐图2石油储罐本实验采用强度补偿反馈式光线位移传感器，有效消除因光源发光功率波动，光纤损耗变化以及环境干扰等因素对测量结果的影响。实验原理2

实验原理2图4光纤位移传感器反射信号光强为参考信号光强为取两接收光纤光强之比，得到光线位移传感器的传感特性的调制函数实验原理2测控系统原理图如下经由除法器得到的仅与距离液面距离d有关的比值输入六通道可编程放大器，经由A/D转换后送入单片机，进行数据处理。实验设计3光纤位移传感器：GFD型光纤光栅位移计光纤位移传感器选择3.1参数范围测量范围(mm):0-20,25,50,100,500,1000分辨率：0.01%F.S

波长范围(mm):1525~1565温度值(℃):-30~85表1

GFD型光纤光栅位移计参数图6GFD型光纤光栅位移计

六通道编程放大器选择：MCP6S26

芯片选择3.2引脚名称功能VOUT模拟输出端CH0~CH5模拟输入端VSS负电源电压端VDD正电源电压端SCKSP1时钟输入端SISP1串行数据输入端SOSP1串行数据输出端CSSP1芯片选择端VREF外部参考端表2

MCP6S26芯片引脚

图7

MCP6S26芯片

A/D转换器：MAX1224芯片选择3.2引脚名称功能AIN-/+模拟输入±端VDD模拟正电源电压RGND/GND基准地/地VL逻辑正电源电压端SCLK串行时钟输入端DOUT串行数据输出端CNVST转换启动REF外部基准电压输入表3

MAX1224芯片引脚

图8

MAX1224芯片

单片机：AT89C51AT89C51的P1.4口模拟时钟输出SCK端，P1.5口模拟数据输出端SO,P1.6模拟数据输入端SI，P1.7模拟片选端CS。芯片选择3.2图9

AT89C51芯片

USB芯片：PDIUSBD12符合通用串行总线USB1.1版规范

高性能USB接口器件集成了SIE、FIFO存储器收发器以及电压调整器。集成320字节多结构FIFO存储器主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量并轻松实现实时数据传输。芯片选择3.2图10

AT89C51芯片

该系统的硬件电路设计是对反射光的光强检测和运算,主要由MCU(AT89C51)处理电路,完成多路通道的循环导通、A/D转换、液晶显示、超限报警以及USB数据传送和设备控制。电路图设计4单片机片选对MCP6S26进行操作的控制字节和数据字节均从SI引脚输入并在写入数据的串行时钟上升沿被锁存。从芯片读取的数据则从SO引脚串行移出，并在写入数据的串行时钟的下降沿输出，整个数据交换期间，CS必须保持低电平。A/D转换电路图设计4.1图11电路框图

完成1次正常的A/D转换需要16个SCLK周期,如果CNVST信号在第16个SCLK信号下降沿保持低电平,DOUT引脚会在下1个CNVST或者SCLK的上升沿返回高阻态,使多个器件共享该串行接口。A/D转换电路图设计4.1图11

电路框图

由于USB同时要与单片机进行数据交换和命令交换，而是用共同的数据接口，因此USB地址的含义是对数据和地址的选择，单片机的P1.3与之相连，输入到USB及编程中的Outputand()(0)和Outputdata()(1)函数。单片机输入频率由USB提供。当USB接收到主机命令时，触发单片机外部中断0，进行数据交换。USB传输电路图设计4.1图12

电路框图

该系统开发程序包括单片机固件程序和USB固件程序以及PC的应用程序和USB设备驱动程序。该系统单片机固件程序用C51编写,USB设备驱动程序采用PHILIPS公司提供的通用PDIUSBD12驱动程序。软件数据设计5该测控系统以AT89C51单片机微控制器，采用分布式监控，下位机通过光纤与光纤位移传感器连接,完成液位测量信号的光纤采集和传输;