因为地点地理位置和气候影响，我国是一个水旱灾害频频的国家，尤其是洪涝灾害，长时间影响经济的开展，并给国家和公民生命财产形成重大损失。为了进步洪水的有用预见期，及时精确地把握各首要河流的水位改变状况，自20世纪70年代，我国开端建造水情主动测报体系，特别是开展水深丈量技能，首要向更牢靠、更先进、更现代化的方向开展，这关于防汛减灾和水资源的合理运用具有十分重要的含义。
水情主动测报体系的要害是水深的丈量，而水深丈量技能的要害则是传感器，传感器安稳作业，精确检测水位，并经过变送器把有用的数据传送给观测人员。因而传感器能否安稳作业、精确检测水位、有用传输数据则成为水情主动测报的要害。
现在运用较多的浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计等都有必定的局限性。近年来，太原理工大学测控技能研究地点智能传感器、新式传感器范畴开展迅速，马福昌教授成功研发发明晰感应式数字水位传感器(专利号：ZL96110735．9)，该传感器选用数字化直接取样的信号采样办法，不再选用传统的模拟量检测办法，没有含糊数据。克服了温度、空气压强、电场、磁场等环境散布参数的影响，可在比较复杂的水文环境下，比方黄河泥沙量高的环境下安稳运转，进步了检测的精确性、牢靠性，经现场试验，运转杰出。
感应式数字水位传感器在传统运用中，输出的信号对错规范的电流信号，需求装备专门的外表进行二次处理，本钱高，不便于调试组网，很大程度上约束了传感器的运用。
本文依据感应式数字水位传感器的作业原理和特色，介绍了一种智能变送器的规划方案，重点是输出规范的电流信号(4～20 mA)和添加RS485接口。处理传统运用中组网调试不便利的问题。
1 体系组成及作业原理
该体系的首要结构框图如图1所示，首要由感应式数字水位传感器、信号调度电路、电源电路、MCU(C8051F020)最小体系、4～20 mA输出(AD421)、RS-485接口(MAX485)，别的还包含PC，经过PC上位机监控软件完成网络通讯功用。
感应式数字水位传感器是依照仿生物学的思路，运用仿神经网络规划思维规划而成的。它的内部布满了神经元电路板，外部由可塑性绝缘材料浇铸而成，一般做成棒状。传感器由超音频发生器和发射头向水中发射检测信号，由若干个取样感应元电路经过介质水接纳检测信号，由电容耦合检波电路检波后得到的信号电压完成水位信号的直接取样，成为数字取样传感器。它的每个神经元电路都是以开关脉冲的办法输出数字信号，经过计算后，将开关数字信号调制为模拟信号电流(非规范电流信号)办法输出给信号调度电路进一步处理。
信号调度电路是将传感器输出的非规范电流信号转化为电压信号，为C8051F020模数转化做准备。经过单片机模数转化后，能够将传感器信号转化为数字信号，然后就能够很便利地进行下面的操作：存储水文数据、经过AD421输出4～20 mA的规范电流信号、RS-485接口输出等。
2 体系硬件规划
2．1 信号调度电路
因为感应式数字水位传感器输出的对错规范电流信号，而C8051F020单片机的ADC模块要求为电压信号，所以需求对传感器的输出信号进行转化，因而规划了信号调度电路，该电路能够完成将传感器输出的0．1～16 mA电流信号转化为1～2．4 V的电压信号，并且能够完成对传感的供电，其原理图如图2所示。
2．1．1 电路原理剖析
从感应式数字水位传感器的原理能够得出：流入水位传感器的电流与水位是成线性改变的，并且当水位固定不改变时，流入水位传感器的电流是确认值。现假定水位的改变是△L，电流的改变是△I1，所以△I1=K·△L(其间K是份额系数)。在剖析带有运算放大器的电路时，总是把它当作抱负运放。依据抱负运放的剖析办法设输出电压改变为△Vo，则能够得到
其间
因而能够上式看出：输出电压的改变△Vo与水位的改变△L成正份额线性改变。其间调度电位器R6和电位器R2能够确保输出电压Vo在1～2．4 V范围内改变。R6是调度零点电位器，R2是调度满度电位器。
2．1．2 滤波电路剖析
别的，信号调度电路中还规划滤波电路，是为了滤去丈量现场的搅扰，例如电气搅扰、电磁搅扰，使体系的信噪比添加。如图2所示，电阻R2和电容C1组成简略的无源RC低通滤波器。电阻R3、R7，电容C2及运放组成一阶反相输入RC有源低通滤波器，有源滤波器比无源滤波器具有更优越的功用，进步了频率特性值，改善了选择性。
2．2 4～20mA输出电路
AD421是ADI公司推出的一款单片高功用数模转化器(DAC)。它由电流环路供电，16位数字信号以串行办法输入，4～20 mA电流输出，在智能外表方面运用广泛。AD421与单片机的衔接首要有串行数据输入端和操控端，在时钟CLOCK效果下，输入移位寄存器把DATA引脚上的数据逐位读入，LATCH锁存脉冲把寄存器中的数据锁存到DAC中。依据其作业原理，AD421与C8051F020芯片的接口电路如图3所示。AD421的数据接口和单片机P3．0口相连，用来接纳16位的串行数据。单片机P3．6口用来发生时钟信号，而P3．5口用来发生锁存信号。在实践运用中，为了确保信号的传输，一般要在单片机和AD421之间参加阻隔器件，完成通讯的阻隔，常用的办法有运用ADI推出的ADUM系列阻隔器材，比方ADuM 1310，或许运用光耦。在这里，选用光耦来完成通讯的阻隔。
2．3 RS485接口电路
单片机C8051F020的P2．0、P2．1及P3．7经过MAX485与PC机相连，进行串行通讯，如图4所示。P3．7操控MAX485的状况，接纳或发送，用软件操控。P2．1为单片机的串行输入端，接纳PC机经过MAX485向单片机发送的数据，P2．0为单片机的串行输出端，经过MAX485发送给PC机。
3 体系软件规划
本体系选用C8051F020单片机为中心处理器材，把经过调度电路处理的感应式数字传感器的电流信号经模数转化数字化，存入单片机内部存储器，并转化为16位的数字信号，一路送AD421转化为4～20 mA规范电流信号，进行传输或操控；别的一路经过MAX485，在上位机查询指令抵达的时分发送上位机，完成实时的监控。本传感器变送器体系软件包含以下几个部分：主程序、AD收集子程序、数据处理子程序、AD421转化子程序、MAX485通讯子程序，别的，依据需求能够参加报警子程序和其他的辅佐程序等。整个体系主程序流程图如图5所示。
4 定论
该体系在进行了各个部分的仿真及电路板建立试验后，试验证明是可行的，能够完成原传感器的改善和晋级，增强了原有传感器的功用，节省了本钱，组网愈加便利。
