虹吸式傳感器降水量采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　降水量傳感器

　　常用的降水量傳感器有翻斗式和虹吸式兩種。本設(shè)計(jì)采用的是R.M.YOUNG公司生產(chǎn)的50202 型虹吸式傳感器，該傳感器無(wú)活動(dòng)部件，敏感器件為電容傳感器。傳感器的測(cè)量腔體和采集漏斗外部均有保溫和加熱裝置，用于融冰或化雪。雨或雪通過(guò)采集漏斗進(jìn)入測(cè)量腔體。測(cè)量范圍為0~50 mm，測(cè)量精度為±1mm，輸出信號(hào)為0~5.00 V DC，對(duì)應(yīng)0~50 mm 的液位高度。進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，降水通過(guò)傳感器的采集漏斗進(jìn)入測(cè)量腔體，使測(cè)量腔體內(nèi)的液位高度發(fā)生變化，液位高度的變化值即為觀測(cè)時(shí)段的降水量。當(dāng)傳感器的液位高度達(dá)到50 mm 時(shí)，傳感器自動(dòng)產(chǎn)生虹吸，虹吸時(shí)間為30 s 左右，虹吸后，傳感器的液位高度回到零。

　　信號(hào)采集器

　　信號(hào)采集器由電源模塊和數(shù)據(jù)采集板組成。電源模塊為降水量傳感器和數(shù)據(jù)采集板提供工作電源，數(shù)據(jù)采集板采集測(cè)量降水量傳感器的0~5.00 V DC 輸出模擬量信號(hào)，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為液位高數(shù)字信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理終端。數(shù)據(jù)采集板原理圖如圖2所示。

　　數(shù)據(jù)采集板由中央處理器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路和RS 232 通信接口電路組成。中央處理器采用AVR 系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，處理器本身集成了10 位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和可編程串行通信接口，這使得數(shù)據(jù)采集板的外圍電路更為簡(jiǎn)單。模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路中采用的AD623 是一個(gè)集成單電源儀表放大器，它能在單電源（+3~+12 V）下提供滿(mǎn)電源幅度的輸出，AD623允許使用單個(gè)增益設(shè)置電阻進(jìn)行增益編程，以得到良好的用戶(hù)靈活性。在無(wú)外接電阻的條件下，AD623被設(shè)置為單位增益；外接電阻后，AD623可編程設(shè)置增益，其增益最高可達(dá)1 000倍.AD623放大器對(duì)降水量傳感器輸出的0~5.00 VDC 信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，處理后接入中央處理器的模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道，對(duì)信號(hào)進(jìn)行讀取。RS 232通信接口電路采用了MAX232芯片，這是一款兼容RS 232標(biāo)準(zhǔn)的芯片，由于電腦串口RS 232的電平是-10~+10 V，而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是TTL 電平（0~+5 V），MAX232 就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的。CPU 通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道讀取到的液位高值再通過(guò)RS 232通信接口發(fā)送給數(shù)據(jù)處理終端。