抗感應(yīng)雷電沖擊的水位測量裝置

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1、抗感應(yīng)雷電沖擊的水位測量裝置論文作者：姜學(xué)寶楊耿杰陳樹棠盧世平摘要：介紹一種單片機(jī)型水位測量裝置的原理和設(shè)計(jì)方案及抗感應(yīng)雷電措施。關(guān)鍵詞：抗感應(yīng)雷電單片計(jì)算機(jī)水位測量裝置1前言我國南方各省水力資源豐富，有較多的中小型水電廠。壩頭水位測量裝置是各個(gè)水電廠不可缺少的裝置之一，其基本要求是準(zhǔn)確、可靠。但我國的南方各省屬多雷區(qū)，現(xiàn)行的水位測量裝置由于抗感應(yīng)雷電沖擊能力普遍較差，在雷雨季節(jié)常無法正常工作，甚至由于雷擊而損壞。本文介紹的水位測量裝置主要是以AT89C51單片機(jī)為核心，由它來完成控制及顯示功能；另外考慮到在數(shù)據(jù)傳輸線和電源線上易受到感應(yīng)雷電的沖

2、擊，對此設(shè)計(jì)了較為可行的防雷保護(hù)措施。2裝置的硬件部分裝置的硬件框圖如圖1所示。包括遠(yuǎn)端和主機(jī)端兩部分：遠(yuǎn)端由傳感器及放大變送電路組成，主機(jī)端包括了顯示、告警、參數(shù)設(shè)定、復(fù)位及看門狗等電路。工作時(shí)，被測水位由壓阻式傳感器轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號，經(jīng)差分放大及變送芯片XTRl05轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號后，經(jīng)雙絞線遠(yuǎn)距離傳送到主機(jī)端，主機(jī)端通過一只100歐姆電阻將4-20mA電流轉(zhuǎn)換成0.4-2V的電壓信號，再由雙積分型A／D轉(zhuǎn)換器ICL7135將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)單片機(jī)AT89C51進(jìn)行處理及標(biāo)度變換后得到實(shí)際的水位信號。放大及變送電路采用XT

3、Rl05專用放大及變送電路芯片，它能將壓阻型傳感器輸出的毫伏級電壓信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流輸出。該芯片是包含有精密儀用放大器在內(nèi)的二線制4～20mA變送器，是用輸入電壓控制輸出電流的一種集成電路。由于輸出是電流信號，所以可遠(yuǎn)距離傳送，二線制方式使得該電路的電源可由主機(jī)端提供，免除了由遠(yuǎn)端直接提供電源帶來的麻煩。A／D轉(zhuǎn)換電路選用ICL7135芯片，它是專用的41／2位的雙積分型數(shù)字電壓表電路單片A／D轉(zhuǎn)換器，具有精度高、抗干擾性能強(qiáng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。看門狗及復(fù)位電路采用的是X25045芯片。該芯片將上電復(fù)位、看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控和E2PRO

4、M組合在單個(gè)封裝之內(nèi)。這種組合降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求。其E2PROM可用于存放水位的標(biāo)度系數(shù)、修正系數(shù)、告警上、下限值及海拔高程等數(shù)據(jù)。設(shè)置了4個(gè)按鍵用于參數(shù)顯示和選擇及參數(shù)的設(shè)定。采用單片機(jī)內(nèi)部串行接口工作方式來實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示，外接6片74Lsl64移位寄存器驅(qū)動LED數(shù)碼管，顯示內(nèi)容由“顯示”按鍵選擇。當(dāng)水位越上、下限值時(shí)，主機(jī)端面板上相應(yīng)LED指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)相應(yīng)的告警繼電器動作，該繼電器輸出觸點(diǎn)可引至主控室用于聲光報(bào)警。3軟件部分軟件框圖如圖2所示4防雷措施由于電子設(shè)備的絕緣強(qiáng)度低，過電壓和過電流耐受能力差，在遭雷電危害之

5、后容易造成工作失靈，或永久性損壞。而數(shù)據(jù)傳輸線以及電源線易受到感應(yīng)雷電的沖擊，對此分別采用了較為可行的雷電防護(hù)措施。(1)傳輸線的雷電防護(hù)電路對傳輸線采用了暫態(tài)來波防護(hù)器，它集箝位、限流、高能泄放功能于一體，如圖3所示。將它串聯(lián)在4～20mA的遠(yuǎn)距離電流傳輸線上。它是由SR金屬陶瓷氣體放電管、LR電感線圈、。MOVS壓敏器件及TVS瞬變電壓抑制器組成的三級暫態(tài)來波防護(hù)電路。當(dāng)雷電波沿線侵入防護(hù)器時(shí)，由于TVS、MOVS、SR的響應(yīng)時(shí)間不同，分別為ps級(1×10-18S、ns級(1×10-9s)、us級(1×10-6s)。波峰到來之前，LR電感限

6、流模塊進(jìn)行動作，呈現(xiàn)高阻態(tài)，吸收雷電波中的大部分能量。由于TVS響應(yīng)最快，擊穿電壓最低，首先導(dǎo)通泄放能量，保護(hù)數(shù)據(jù)線路，TVS瞬時(shí)脈沖電流可達(dá)數(shù)十安到數(shù)百安，同時(shí)TVS還具有箝位功能，將電壓限制在允許的范圍內(nèi)；隨著波峰推進(jìn)，MOVS導(dǎo)通放電泄流，通流量可達(dá)數(shù)百到數(shù)千安培，SR金屬陶瓷氣體放電管沖擊擊穿電壓高，最后導(dǎo)通并產(chǎn)生弧光放電，耐沖擊電流可達(dá)數(shù)千安以上。在導(dǎo)通和放電過程中，SR、MOVS和TVS端電壓保持恒定。當(dāng)雷電波過去后，SR、MOVS和TVS依次恢復(fù)為高阻態(tài)，數(shù)據(jù)線路自動恢復(fù)傳輸數(shù)據(jù)。(2)電源線的防護(hù)電路為了消除電源進(jìn)線路上入侵的雷電

7、波，我們在電源模塊輸入端增加了雙極性TVS瞬變電壓抑制器。5結(jié)束語該測量裝置已在省內(nèi)的幾個(gè)中小型水電廠中投入運(yùn)行。結(jié)果表明：該裝置運(yùn)行穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確，抗感應(yīng)雷電能力強(qiáng)。參考