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1、1抗感应雷电冲击的水位测量装置论文作者：姜学宝 杨耿杰 陈树棠卢世平摘要：介绍一种单片机型水位测量装置的原理和设计方案及抗感应雷电措施。关键词：抗感应雷电 单片计算机 水位测量装置 1 前言我国南方各省水力资源丰富，有较多的中小型水电厂。坝头水位测量装置是各个水电厂不可缺少的装置之一，其基本要求是准确、可靠。但我国的南方各省属多雷区，现行的水位测量装置由于抗感应雷电冲击能力普遍较差，在雷雨季节常无法正常工作，甚至由于雷击而损坏。本文介绍的水位测量装置主要是以AT89C51 单片机为核心，由它来完成控制及显示功能；另外考虑到在数据传输线和电源线上易受到感应雷电的冲击，对此设计了较为可行的防雷保护
2、措施。2 装置的硬件部分装置的硬件框图如图 1 所示。包括远端和主机端两部分：远端由传感器及放大变送电路组成，主机端包括了显示、告警、参数设定、复位及看门狗等电路。工作时，被测水位由压阻式传感器转换成微弱的电压信号，经差分放大及变送芯片 XTRl05 转换成 4-20mA 的电流信号后，经双绞线远距离传送到主机端，主机端通过一只 100 欧姆电阻将 4-20mA 电流转换成 0.4-2V 的电压信号，再由双积分型AD 转换器 ICL7135 将它转换成数字信号，经单片机 AT89C51 进行处理及标度变换后得到实际的水位信号。放大及变送电路采用 XTRl05 专用放大及变送电路芯片，它能将压阻
3、型传感器输出的毫伏级电压信号转换成 4-20mA 的电流输出。该芯片是包含有精密仪用放大器在内的二线制 420mA 变送器，是用输入电压控制输出电流的一种集成电路。由于输出是电流信号，所以可远距离传送，二线制方式使得该电路的电源可由主机端提供，免除了由远端直接提供电源带来的麻烦。AD 转换电路选用ICL7135 芯片，它是专用的 4 12 位的双积分型数字电压表电路单片 AD 转换器，具有精度高、抗干扰性能强、价格低廉等优点。看门狗及复位电路采用的是 X25045 芯片。该芯片将上电复位、看门狗定时器、电压监控和 E2PROM 组合在单个封装之内。这种组合降低了系统成本并减少了对电路板空间的要
4、求。其 E2PROM 可用于存放水位的标度系数、修正系数、告警上、下限值及海拔高程等数据。设置了 4 个按键用于参数显示和选择及参数的设定。2采用单片机内部串行接口工作方式来实现静态显示，外接 6 片 74Lsl64 移位寄存器驱动 LED 数码管，显示内容由“显示”按键选择。当水位越上、下限值时，主机端面板上相应 LED 指示灯点亮，同时相应的告警继电器动作，该继电器输出触点可引至主控室用于声光报警。3 软件部分 软件框图如图 2 所示 4 防雷措施由于电子设备的绝缘强度低，过电压和过电流耐受能力差，在遭雷电危害之后容易造成工作失灵，或永久性损坏。而数据传输线以及电源线易受到感应雷电的冲击，
5、对此分别采用了较为可行的雷电防护措施。(1) 传输线的雷电防护电路 对传输线采用了暂态来波防护器，它集箝位、限流、 高能泄放功能于一体，如图 3 所示。将它串联在 420mA 的远距离电流传输线上。它是由 SR 金属陶瓷气体放电管、LR 电感线圈、 。MOVS 压敏器件及 TVS 瞬变电压抑制器组成的三级暂态来波防护电路。当雷电波沿线侵入防护器时，由于 TVS、MOVS、SR 的响应时间不同，分别为ps 级(110-18S、ns 级(110-9s)、us 级(110-6s)。波峰到来之前，LR 电感限流模块进行动作，呈现高阻态，吸收雷电波中的大部分能量。由于 TVS 响应最快，击穿电压最低，首
6、先导通泄放能量，保护数据线路，TVS 瞬时脉冲电流可达数十安到数百安，同时 TVS 还具有箝位功能，将电压限制在允许的范围内；随着波峰推进，MOVS 导通放电泄流，通流量可达数百到数千安培，SR 金属陶瓷气体放电管冲击击穿电压高，最后导通并产生弧光放电，耐冲击电流可达数千安以上。在导通和放电过程中，SR、MOVS 和 TVS 端电压保持恒定。当雷电波过去后，SR、MOVS 和 TVS 依次恢复为高阻态，数据线路自动恢复传输数据。(2)电源线的防护电路为了消除电源进线路上入侵的雷电波，我们在电源模块输入端增加了双极性TVS 瞬变电压抑制器。5 结束语 该测量装置已在省内的几个中小型水电厂中投入运行。结果表明：该装置运行稳定，测量准确，抗感应雷电能力强。参考文献l 杨振江编著新型集成电路使用指南及其典型应用西安：西安电子科技3大学出版社。1990,012 涂时亮，张友德编著单片微机控制技术上海：复旦大学出版社，1994，11
