對于諸如農田灌溉、環(huán)境監(jiān)測、污水處理等公益性部門，除測量精度、可靠性、可維護、易安裝等技術性能要求外，價格也是直接影響傳感器選用的重要因素之一。為此，我們研制了一種基于磁浮子接點式小量程（≤150cm）就地顯示、并具有RS-485通信接口和4～20mA輸出的廉價液位傳感器。

軟件設計

89C2051內置2K Flash程序存儲器，用來存放用戶程序。程序采用模塊化設計方法，主要包括干簧管接點掃描子程序、液位計算子程序、D/A輸出控制子程序、LCD顯示子程序以及RS-485通信子程序等。干簧管接點掃描子程序通過逐列掃描，按行讀入各干簧管觸點狀態(tài)，并將其映射到20H開始的內部數據存儲單元中，其程序如下：

干簧管接點掃描子程序

SCAN：MOV R7，X；設置循環(huán)計數初值=74HC164芯片數×4

MOV R0，#20H；設置存儲單元指針初值

CLR P1.5；使74HC164串行輸入為“0”

NOP

SCA： CLR P1.4

NOP

SETB P1.4；74HC164時鐘輸入端產生一個移位脈沖

MOV A，P1；讀入行值

ANL A，#0FH ；保留低4位

MOV B，A；暫存

CLR P1.4

NOP

SETB P1.4；再移一位（掃描下一列）

MOV A，P1

ANL A，#0FH

SWAP A

ORL A，B；將相鄰兩列狀態(tài)合并成一個字節(jié)

MOV @R0，A；存入映像存儲單元

INC R0；指向下一映像存儲單元

DJNZ R7，SCA；循環(huán)

RET；返回

由于受磁浮子磁場分布范圍的影響，在相應液面位置上可能會導致相鄰幾個干簧管同時閉合，因此對于各種不同的狀態(tài)組合，程序中考慮了不同的處理結果。對于個別干簧管可能出現的永久性導通，軟件上采用了相應的處理措施，也就是利用接點的變化來確定當前磁浮子的位置（即液位）。

傳感器組成及原理

傳感器主要由以1cm間隔均勻分布的干簧管陣列、全密封不銹鋼防護管、球型磁浮子、檢測電路、變送電路及LCD顯示器等組成。其基本原理是檢測干簧管陣列中某一個或幾個干簧管觸點閉合狀態(tài)來表示球型磁浮子位置，即液面位置。一般的檢測方法是采用電阻分壓方式，其輸出電壓Vo是第i個閉合干簧管的分壓值。這種測量方法需精確穩(wěn)定的電源Ve和分壓電阻R，通過適當的變換電路（V/I），可獲得4～20mA標準電流輸出。但是，如果多個干簧管同時接通，就會影響其分壓電阻比，產生較大的測量誤差。若在測量中產生一個或多個干簧管永久性導通（干簧管失效），則測量無法正常進行。為避免這種情況發(fā)生，增強傳感器的適應性（現場顯示和通信），我們結合工程實踐，提出了采用類似鍵盤掃描的一種新檢測方法，有效解決了這一問題。

檢測電路由一片89C2051單片機和若干分布在測桿內干簧管陣列電路板上的串—并移位寄存器74HC164構成類似掃描鍵盤陣列電路結構。干簧管位于行和列的交叉點上。

通過控制移位寄存器的輸出，使各列依次變?yōu)榈碗娖剑ā?”）狀態(tài)，然后檢測各行（P1.0～P1.3）的狀態(tài)。如果某行為低電平（“0”）狀態(tài)，則該行與處于低電平狀態(tài)列的交叉點上的干簧管為閉合狀態(tài)，由此就確定了浮子的位置，即液面位置。由于任一干簧管的位置是唯一確定，故對應于任一干簧管的液位也就唯一確定了。

變送器電路采用美國AD公司的高性能數模轉換器AD421芯片。其采用Σ-ΔDAC結構，16位分辨率，標準三線串行數據輸入接口，4～20mA電流環(huán)路輸出。變送器24V電源經過片內電壓調整電路和調整管（DN25D），可提供 5V、 3.3V或 3V的外部電路工作電源。同時還能提供 1.25V、 2.5V基準電源。

電容C1、C2、C3與片內DAC后時序濾波器相聯，CPU可以在時鐘端CLOCK的上升沿將數據裝入數據端DATA，輸入至內部移位寄存器，在LATCH上升沿鎖存到DAC鎖存器，從而完成數字信號到4～20mA標準電流信號的轉換。

結語

該傳感器非常適合小量程移位的測量，測量方法簡單，不受環(huán)境溫度及個別干簧管永久性導通的影響，穩(wěn)定性好，適應性強，安裝方便，維護簡單。因集傳感、變送和通信為一體，易于和計算機檢測與控制系統相連，方便地組成網絡化應用系統，大大降低系統成本，可廣泛應用于水利、環(huán)保和農業(yè)灌溉等場合。