因为所处所在位置和天气危害，在我国是一个气候灾害经常的我国，尤其是洪水灾害，长期性危害经济发展的发展趋势，并给我国和群众生命安全导致巨大损失。为了更好地提升水灾的合理预料期，立即精准地把握各主要河流的水量变动状况，自二十世纪70年代，在我国逐渐基本建设水情全自动测报系统软件，尤其是发展趋势水位精确测量技术性，关键向更靠谱、更优秀、更智能化的角度发展趋势，这针对防洪抗灾和水源的有效运用具备十分关键的实际意义。

水情全自动测报系统软件的关键是水位的精确测量，而水位精确测量技术性的核心则是感应器，感应器稳定工作，精确检验水位线，并根据智能变送器把合理的数据信息传递给观察工作人员。因而感应器能不能稳定工作、精确检验水位线、合理传送数据则变成 水情全自动测报的重要。

现阶段运用较多的浮球式液位计、工作压力式液位计、超音波液位计等都是有一定的局限。近些年，太原市理工学院测控技术研究室在传感器技术、新式感应器行业进步快速，马福昌专家教授取得成功研发发现了感应数据水位开关(专利号：ZL96110735．9)，该控制器选用智能化立即抽样的数据信号取样方法，不会再采取传统化的模拟量输入检验方式 ，沒有模糊不清数据信息。摆脱了溫度、气体气体压强、静电场、电磁场等自然环境遍布主要参数的危害，可在非常复杂的水文水利自然环境下，例如大河细沙量高的条件下平稳运作，提升 了检查的精确性、稳定性，经现场实验，运作优良。

感应数据水位开关在传统的运用中，輸出的数据信号是是非非规范的电流量数据信号，必须选用专业的仪表盘开展二次解决，成本增加，不有利于调节组网方案，非常大水平上限定了温度传感器的运用。

文中依据感应数据水位开关的原理和特性，详细介绍了一种智能变送器的方案设计，关键是輸出规范的电流量数据信号(4～20 mA)和提升RS485插口。处理传统式运用中组网方案调节不方便的难题。

1 系统软件构成及原理

该体系的具体构造方框图如图所示1所显示，关键由感应数据水位开关、脉冲调制电源电路、电路、MCU(C8051F020)最小系统、4～20 mA輸出(AD421)、RS-485插口(MAX485)，此外还包含PC，根据PC上位机软件监管手机软件完成通信网络作用。

感应数据水位开关是依照仿分子生物学的构思，运用仿神经元网络设计方案观念设计方案而成的。它的內部充满了神经细胞线路板，外界由延展性绝缘层材料铸造而成，一般制成杆状。感应器由超声频产生器和发送头往水里发送检验数据信号，由多个抽样磁感应元电源电路根据物质水接受检验数据信号，由电容器藕合检波电源电路检波后获得的数据信号工作电压完成水位线数据信号的立即抽样，变成 数据抽样感应器。它的每一个神经细胞电源电路全是以电源开关单脉冲的方式輸出模拟信号，历经统计分析后，将电源开关模拟信号调配为脉冲信号电流量(非标电流量数据信号)方法輸出给脉冲调制电源电路进一步解决。

脉冲调制电源电路是将控制器輸出的非标电流量数据信号转换为电流数据信号，为C8051F020AD转换做准备。历经单片机设计AD转换后，能够将感应器数据信号转换为模拟信号，随后就可以很便捷地开展接下来的实际操作：储存水文水利数据信息、根据AD421輸出4～20 mA的规范电流量数据信号、RS-485接口輸出等。

2 系统软件硬件开发

2．1 脉冲调制电源电路

因为感应数据水位开关輸出的不是规范电流量数据信号，而C8051F020单片机设计的ADC控制模块规定为电流数据信号，因此必须对控制器的输入输出数据信号做好变换，因而制定了脉冲调制电源电路，该电源电路可以完成将控制器輸出的0．1～16 mA电流量讯号变换为1～2．4 V的电流数据信号，而且能够完成对感测器的供电系统，其工作原理如图2所显示。

2．1．1 电路图讲解剖析

从感应数据水位开关的基本原理还可以得到：注入水位开关的工作电流与水位线是成直线转变的，并且当水位线固定不动不转变时，注入水位开关的工作电流是明确值。现假定水位线的改变是△L，电流量的改变是△I1，因此△I1=K·△L(在其中K是比例系数)。在剖析含有运放电路的线路时，一直把它当做理想化运算放大器。依据理想化运算放大器的统计分析方法设输出电压转变为△Vo，则能够获得

在其中

因而能够上式看得出：输出电压的转变△Vo与水位线的转变△L成正比例线形转变。在其中调整电阻器R6和电阻器R2能够确保输出电压Vo在1～2．4 V范畴内转变。R6是调整零点电阻器，R2是调整满度电阻器。

2．1．2 低通滤波器剖析

此外，脉冲调制控制电路中还设计方案低通滤波器，是为了更好地滤掉精确测量当场的影响，比如电气设备影响、干扰信号，使体系的频率稳定度提升。如图2所显示，电阻器R2和电容器C1构成简易的微波感应器RC低通过滤器。电阻器R3、R7，电容器C2及运算放大器构成一阶正相反键入RC数字功放带通滤波器，有源滤波器比无源滤波器具备更优越的特性，提升 了频率特点值，改进了可选择性。

2．2 4～20mA輸出电源电路

AD421是ADI企业推行的一款片式性能卓越模数转换器(DAC)。它由电流量环城路供电系统，16位模拟信号以串口方法键入，4～20 mA电流量輸出，在多功能仪表层面使用普遍。AD421与51单片机的联接具体有串行通信数据信息输进端和操纵端，在数字时钟CLOCK功效下，键入挪动存储器把DATA脚位上的数据信息逐位读取，LATCH锁存单脉冲把存储器中的数据信息锁存进DAC中。依据其原理，AD421与C8051F020集成ic的通信接口如图所示3所显示。AD421的api接口和单片机设计P3．0口相接，用于接受16位的串口数据信息。单片机设计P3．6口用于造成时钟信号，而P3．5口用于造成锁存数据信号。在具体运用中，为了更好地确保数据信号的传送，一般要在单片机设计和AD421中间添加隔离器件，完成通信的防护，常见的办法有应用ADI发布的ADUM系列产品防护元器件，例如ADuM 1310，或是应用光电耦合器。在这儿，选用光电耦合器来完成通信的防护。

2．3 RS485接口电源电路

单片机设计C8051F020的P2．0、P2．1及P3．7根据MAX485与PC机相接，开展串口通信，如图4所显示。P3．7操纵MAX485的情况，接受或推送，用手机软件操纵。P2．1为stm32的串行通信键入端，接受PC机根据MAX485向单片机设计推送的数据信息，P2．0为stm32的串行通信輸出端，根据MAX485发给PC机。

3 系统设计方案

本系統选用C8051F020单片机设计为主要CPU件，把历经调养电源电路解决的感应数字传感器的电流量数据信号经AD转换智能化，存进单片机设计內部储存器，并转换为16位的模拟信号，一路送AD421转换为4～20 mA规范电流量数据信号，开展传送或操纵；此外一路根据MAX485，在上位机软件查看指令抵达的情况下推送上位机软件，完成实时监控的监管。本感应器智能变送器系统包含下列一些一部分：源程序、AD收集程序段、数据处理方法程序段、AD421转换程序段、MAX485通讯程序段，此外，依据必须能够添加警报程序段和其余的輔助程序流程等。全部系统软件主程序流程图如图所示5所显示。

4 结果

该系统软件在完成了每个部位的模拟仿真及线路板构建实验后，试验证实是有效的，能够完成原感应器的改善和升級，提高了原来感应器的作用，节省了成本费，组网方案更为便捷。

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