无线水位检测系统与压力传感器补偿方法的研究

摘 要： 一种基于ATmega16和FC222-CH的无线水位检测系统。该系统由无线通信模块、电源模块、AD转换模块、上位机模块组成，实现了水位的无线检测、运行故障报警等功能，并配以自行设计的LabVIEW 8.5上位机显示界面，使整套开发系统兼备可视化与实时性的双重要求。

　　近年来，随着我国地质勘探水平的不断提高，水位检测、温度检测、金属含量检测等技术已日趋成熟。但是，当进行具体工程应用时，还需要考虑很多因素。本文根据地质勘探队在勘探矿井等自然环境恶劣、不适合机动车驶入以及工作人员长期驻留的情况，提出了无线远程检测方法。检测系统中的压力传感器多选用单晶硅压力传感器。因为此种传感器是利用单晶硅的压阻效应制成，其压阻系数随温度变化而变化，且压阻效应原理本身即可引起传感器输出的温度漂移[1]。另外，半导体敏感元件的制作工艺也会带来传感器的整体温漂，这就需要有一套行之有效的方法来解决压力传感器自身易受温度影响所带来的缺陷。于是提出了一种基于拉格朗日插值的补偿方法，大大提高了检测的可靠性。上位机显示界面采用LabVIEW 8.5设计，界面友好、易于操作，不仅能显示数据变化曲线，而且能对数据进行实时和分时存储，当发生故障时，还可以及时进行声光报警。

　　1 水位检测系统整体结构

　　水位检测系统采用了模块化设计思想,由无线通信模块、信号采集模块、AD转换模块、电源模块等组成。系统结构框图如图1所示。

　　系统以显示端控制器为主机，信号采集端控制器为从机。主机发送开始信号，通过无线电台传递给从机，从机接到信号后，开始进行数据采集，经阻抗变换(电压跟随)将采集到的数据传给12 bit精度的AD574进行AD转换，再由AVR16使用拉格朗日插值原理进行数据处理，然后经Max232把这些信号传递给上位机LabVIEW进行实时显示。

　　2 水位检测系统的硬件设计

　　2.1 Atmega16 的结构和性能特点

　　ATmega16是ATMEL公司在2002年推出的一款新型AVR高档单片微处理器。其主要优点是芯片本身自带16 KB Flash程序存储器、512 B EEPROM、1 KB SRAM 数据存储器、看门狗电路以及8通道10 bit A/D转换；附带SPI同步串口、UART异步串口，在软件上有效支持C语言和汇编语言。

　　2.2 AD模块

　　AD574A是美国模拟器件公司（Analog Devices）推出的单片高速12 bit逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换芯片，具有外接元件少、功耗低、精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器。其主要功能特性：分辨率为12 bit、非线性误差小于±1/2 LBS或±1 LBS、转换速率25 μs、模拟电压输入范围0 V～10 V和0 V～20 V或0 V～±5 V和0 V～±10 V两档四种、电源电压±15 V和5 V、数据输出格式为12 bit/8 bit、芯片工作模式全速工作模式和单一工作模式。

　　2.3 电源模块

　　另外，还要求电源尺寸尽量小，能使电源部分与AVR系统中的控制与驱动部分放在同一个控制盒内。整个电路结构简单、工作可靠，各路输出之间相互电气隔离，其中要求控制电源的主输出功率大，稳压精度为±5%，用作驱动的各路输出功率较小，稳压精度为±10%。