【正文】 如 上 圖所示，單片機通過程序設定，設定控制水位的下限、上限的值和水位的測量時間間隔，并存儲在單片機內(nèi)存中。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達 40 ～ 135 ℃ ，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償 0 ～ 70℃ ，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的 應變情 。 cm2/m ） S —— 導體的截面積（ cm2 ） L —— 導體的長度（ m ） 我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸東華理工大學長江學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設計 9 長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。 電阻應變片的工作原理 ： 金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱 為電阻應變效應。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體 應變片兩種。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。它們中的那些對外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的 材料，被用來制作傳感器的敏感元件。 開關(guān)傳感器 —— 當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。 數(shù)字傳感器 —— 將被測量的非電學量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號 (包括直接和間接轉(zhuǎn)換 )。 (1).按照其用途，傳感器可分類為： 壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器 液面?zhèn)鞲衅? 能耗傳感器 速度傳感器 加速度傳感器 射線輻射傳感器 熱敏傳感器 (2).按照其原理，傳感器可分類為： 振動傳感器 濕敏傳感器 磁敏傳感器 氣敏傳感器 真空度傳感器 生物傳感 器等?；瘜W傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學傳感器的應用將會有巨大增長。 有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學類。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。 傳感器的分類 : 可以用不同的觀點對傳感器進行分類：它 們的轉(zhuǎn)換原理 (傳感器工作的基本物理或化學效應 )；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。電阻 R1 和電容 C1 組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，有利于提高轉(zhuǎn)換精度。輸出脈沖頻率 f0 與輸入電壓 Vi 成正比，從而實現(xiàn)了電壓－頻率變換。當電容 C2 兩端充電電壓大于 Vcc 的 2/3 時，定時比較器輸出一高電平，使 R－ S 觸發(fā)器復位，輸出低電平，輸出驅(qū)動管截止，輸出端 f0 為邏輯高電平，同時，復零晶體管導通，電容 C2 通過復零晶體管迅速放電；電子開關(guān)使電容 C3 對電阻 R3 放電。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、 DTL 和 CMOS 等不同的邏輯電路。同時它動態(tài)范圍寬，可達 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 ％，工作頻率低到 時尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達 12 位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或 F/V 等變換電路，并 且容易保證轉(zhuǎn)換精度。 [6,7] 圖 22數(shù)據(jù)采集電路圖 LM331 頻率電壓轉(zhuǎn)換器 V/F 變換和 F/V 變換采用集成塊 LM331， LM331 是美國 NS 公司生產(chǎn)的性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器用。 ED5026 是 18 腳 CMOS 大規(guī)模數(shù)字編碼專用集成電路，有 812 位編碼地址，工作電壓 26V，靜態(tài)電流為 1mA， MS303S是射頻發(fā)射器，外形結(jié)構(gòu)為 35mm x 12mm x 8mm 的單列電路，有 5 個引腳，工作電壓912V，輸出功率為 20mW。 其中 水壓與水深的關(guān)系： P=ρ gh（ρ =水的密度 1000kg/m3， g=重力加速度 h=深度 ） 1m水 壓 =9800 帕 ， 5m 水壓 =49000 帕 ， 他們 之間成線性關(guān)系。對于水位數(shù)據(jù)采集，我們可以利用水的特性進行數(shù)據(jù)采集，可以利用水中存在的壓力，我們知道壓力與水位深度存在一定的關(guān)系，已知壓力就可以算出水位深度。 總的來說可以可以按水位數(shù)據(jù)采集 模塊、水位數(shù)據(jù) 顯示模塊、 單片機控制處理 模塊、 水泵控制 模塊，進行逐一設計。上位機和下位機之間的信息交換以射頻無線通信的方式實現(xiàn)。上位機包括單片機及接收模塊，主要完成上傳采集數(shù)據(jù)的實時處理和顯示，并進行判斷，若超過設定值，則采取相應的動作。 總框架 本設計由 三部分組成：水位 數(shù)據(jù)采集 模塊、水位數(shù)據(jù) 顯示模塊、 單片機 控制 處理模塊 、 水泵控制模塊 （如 圖 11所示 ） 。 方案二：利用 V/F 轉(zhuǎn)換技術(shù)，將壓力傳感器的電壓量轉(zhuǎn)換成頻率的形式發(fā)射出去，然后單片機接收到數(shù)據(jù)信號，利用頻率計數(shù)，將頻率算出，再 通過單片機處理 間接得到水位值。 [3,4] 東華理工大學長江學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 系統(tǒng)設計方案和設計框圖 3 1. 系統(tǒng)設計方案和 設計框圖 設計 思路 根據(jù)設計要求 ,要實現(xiàn)水位數(shù)據(jù)采集 ,并對水位采取控制 ,一般有以下兩種方案。遙測在國民經(jīng)濟、科學研究和軍事技術(shù)等方面得到廣泛應用。遙測是利用傳感技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的一門綜合性技術(shù)。這時我們就需要有一種可以遠距離對液位進行控制的方法。雖然各種水位控制的技術(shù)要求不同，精度不同，但基本的控制原理都可以歸納為一般的反饋控制方式，如下圖東華理工大學長江學院畢業(yè) 設計（ 論文 ） 緒論 2 所示，它們的主要區(qū)別在于檢測液位的方式、反饋形式，以及控制器上的區(qū)別。 [2] 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及 日常生活應用中， 也 常常會需要對容器中的液位進行自動控制。便會造成水位失控，從而發(fā)生溢水事故，所以沒有水位顯示和超限保護是這種控制器的最大弊病。這種控制器一般用晶體管或集成電路作為控制元件，其作用是將高層水箱內(nèi)的水拉控制在上，下水位電極之間，當達到高水位時加壓水泵停止抽水，而水位降至低水位時加壓水泵開始抽水。別一種價格便宜的是在高層建筑的頂部建造蓄水箱，利用加壓水泵向水箱壓水。 [1] 此外，近年來發(fā)展起來的干涉測量雷達技術(shù)已經(jīng)在三峽大壩等大型工程的環(huán)境監(jiān)測和油氣區(qū)地面沉降等應用領域顯示出巨大的應用潛力。該項目在新疆塔里木盆地的多次生產(chǎn)試驗中得到了證實。我國還利用短波紅外成像光譜掃描儀在新疆進行了石油天然氣資源的遙感直接探測試驗。這必將為我國在本世紀內(nèi)實施并完成 200 萬平方公里 1∶5 萬區(qū)域地質(zhì)填圖和全國范圍的 l∶25 萬區(qū)域地質(zhì)填圖項目起到重要作用。 sensor 東華理工大學長江學院畢業(yè)論文 i 目 錄 緒論 ............................................................................................................................... 1 1. 系統(tǒng)設計方案和設計框圖 ....................................................................................... 3 設計思路 ........................................................................................................ 3 總 框架 ............................................................................................................ 3 2. 系統(tǒng)硬件設計 ........................................................................................................... 4 水位數(shù)據(jù)采集模塊 ......................................................................................... 4 水位 數(shù)據(jù)采集模塊設計 ..................................................................... 4 LM331 頻 率電壓轉(zhuǎn)換器 ..................................................................... 5 壓力傳感器的概述 ............................................................................. 6 單 片機控制處理模塊 .................................................................................... 9 模 塊硬件設計 ..................................................................................... 9 單片 機概述 ....................................................................................... 11 水泵 控制模塊 .............................................................................................. 16 水泵 控制設計 ................................................................................... 16 T 觸 發(fā)器 ............................................................................................ 17 編譯碼集成電路 ................................................................................ 17 2. 4 顯示模塊 ..................................................................................................... 19 顯 示模塊設計 .................................................................................... 19 LED 接口原理 .................................................................................... 20 ．系 統(tǒng)性能分析 ............................................................................................ 22 3. 硬件外圍接口 ......................................................................................................... 23 結(jié) 論 ......................................................................................................................... 24 致 謝 .........................................................................................................................