摘要:近年来,随着工业自动化的发展, 物位实时测量及自动控制在工业生 产制造过程中已经成为不可或缺的 重要一环。本文介绍了一种基于时域 反射技术的导波雷达物位计的设计 及实现。

0 前言 

在高速的现代化工业生产制造过程 中,伴随着高温、高压、强腐蚀及有毒性等 复杂工况环境,对物料位置变化实时的远 程监测及自动控制尤为重要,雷达类物位 计在这一过程中发挥着重要重用。雷达类 物位计主要分为接触式测量和非接触式 测量两种方式,其中,导波雷达物位计属 于接触式的测量方式。

1 测量原理介绍 

时域反射技术是指仪表由天线发射 脉冲信号,脉冲信号沿着导波杆传播,到 达被测物质表面时,由于介电常数发生突 变,部分脉冲能量会反射并被接收,通过 计算发射脉冲和接收脉冲的时间差,即可 计算出仪表到被测物质表面的距离,从而 计算出物料高度。D=1/2xct

其中D为测量参考面(法兰)到被测介质的距离,c为电磁波(光)在真空的的传播速度.t为发射脉冲与反射脉冲的时间差:然后根据用户设定的空料位位置,即可计算出物料高度。

L=E-D其中E为测量参考面到用户设定的空料位位置,D为测量参考面到被测介质的距离,L为物料高。

2系统设计

2.1硬件系统构成

在本设计中,该硬件系统主要由四个单元组成,其中包括:电源滤波模块、外围单片机控制模块、主单片机控制计算模块以及信号模块。整个硬件系统架构如下图1所示:

(1)电源滤波模块主要的功能是滤除

工况现场中供电电源上存在的各种干扰信号.保证仪表的正常工作:

(2)外围单片机控制模块本模块中的线性电源为整个模块供电。单片机选用的是壁虎EFM32LG系列低功耗CPU。此模块完成的功能主要有:1、仪表4-20mA电流输出控制;2、

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PO、P1、P2、P3,其功能都能作为数据的输入及输出。同时对于P3接口的另一个功能就是把控制信号提供到系统中。在图左侧的时钟电路中,能够供给单片机所需要的时钟控制信号,单片机在时钟电路提供的时钟信号的控制下,把时序指令按部就班的执行。同时单片机STC89C52内部还存在一个比较高的增益的反向放大器.其是构成振荡器的基本器件,反向放大器是由单片机芯片的一个引脚作为其输入端和输出端,分别是输出XTAL2和输入XTAL1。通过把输出XTAL2和输入XTAL1两个引脚与微调电容以及石英晶体振荡器相连接.就能够形成一个自震荡器。这种自振荡器可以铜鼓外部的按键复位来进行复位,而复位是由外部的复位电路来实现功能的.其采用的时钟频率为image.png

2.2DS18B20温度传感器电路

温度传感器DS18B20存在以下的一些性能特点:内含寄生电源;可以兼容及适配多种系统机和单片机;传感器内部有64位的只读存储器ROM.并利用了激光修正;传感器的范围比较广,为-55℃~+125℃.同时最小测量分辨的温度为0.0625℃;传感器通过采用单总线的专用技术.不用采用变换电路就可以直接输出反映被测量的温度值,同时通过串行接口和其他的激机接口或I/0口线。

DS18B20温度传感器与单片机连接的方式有以下两种:一是采用传感器内部的寄生电源来供电,把接口GND和UDD接地.输出及输入端口1/O与单片机上的I/O相连;二是传感器的VCC端口与外部的电源连接,把GND接地,输出及输入端口I/0与单片机上的I/O相连。对于这两种不同的连接方式都需要采用输出及输入端口I/0与5KΩ左右的上拉电阻相连接。在本文的研究设计中,采用的是第二种连接方式.其接线形式如下图3所示。

在图3中让单片机的第13个管脚与温度传感器DS18B20的数据线相连.同时再接上拉电阻。温度传感器与单片机CPU的运行过程是:单片机控制温度传感器DS18B20,让其进行初始化,再通过只读存储器ROM进行操作命令的发出,最后才进行存储器的数据进行操作。传感器的操作进行每一个程序都要执行其通信协议及严格工作的时序。例如,在温度控制器DS18B20受控与单片机CPU进行温度的变化时.要严格的按照温度传感器DS18B20的通信协议,先进行读写前的必备工作进行复位,后通过ROM指令的发送.最后RAM指令的发送,整个程序进行才能对温度传感器DS18B20预定操作:

3总结

本设计是以STC89C52单片机为核心,通过几个电路模块来实现单片机的数字显示温度系统的功能。在当前,单片机的广泛应用逐渐让传统模拟电路控制测量温度的方法被淘汰。单片机能够为温度控制及测量带来更高的精度、更简易的程序和较为低廉的价格等优点。

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