多路參數(shù)巡回檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：以計(jì)算機(jī)為中心的現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)采集與傳感器相結(jié)合的方式，能最大限度地完成測(cè)試工作的全過(guò)程。既能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)，又能對(duì)所獲信號(hào)進(jìn)行分析處理求得有用信息?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)能完成對(duì)多點(diǎn)、多種隨時(shí)間變化的被測(cè)參量的快速、實(shí)時(shí)測(cè)量，并能排除噪聲干擾，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、信號(hào)分析，由測(cè)得的信號(hào)求出與研究對(duì)象有關(guān)的信息的量值或給出其狀態(tài)的判別。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象，選用不同的傳感器，不同的傳感器具有不同的輸出信號(hào)。傳感器接口電路的選擇是根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)特點(diǎn)和用途確定的，所有傳感器接口具有多樣性。文章主要研究傳感器與微型計(jì)算機(jī)的常用接口電路。

關(guān)鍵詞：測(cè)控；傳感器；輸入通道；接口電路

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）29-0017-02

1 傳感器輸出信號(hào)的檢測(cè)電路

傳感器的接口電路中完成對(duì)傳感器輸出信號(hào)預(yù)處理的各種接口電路統(tǒng)稱為檢測(cè)電路，經(jīng)檢測(cè)電路預(yù)處理過(guò)的信號(hào)，應(yīng)成為可供測(cè)量、控制使用及便于向微型計(jì)算機(jī)輸入的信號(hào)形式，下面介紹幾種常用的電路。

1.1 阻抗匹配器

1.3 放大電路

傳感器的輸出信號(hào)一般比較微弱，需要放大電路將其輸出的直流信號(hào)或者交流信號(hào)進(jìn)行放大處理，為檢測(cè)系統(tǒng)提供高精度的信號(hào)。

反相放大器基本電路如圖4所示，輸入信號(hào)通過(guò)Ri接到反相器輸入端，同相輸入端接地。輸出信號(hào)通過(guò)反饋電阻Rf反饋到反相輸入端。同相放大器的基本電路如圖5所示，輸入電壓直接接入同相輸入端，輸出電壓通過(guò)反饋電阻Rf反饋到反相輸入端。

2 傳感器與微型計(jì)算機(jī)的連接

由檢測(cè)電路預(yù)處理過(guò)的檢測(cè)信號(hào)在輸入微型計(jì)算機(jī)前還要經(jīng)過(guò)相應(yīng)的接口電路進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成CPU能直接進(jìn)行運(yùn)算處理的信號(hào)，如模擬信號(hào)要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，而數(shù)字信號(hào)也要轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。不同類型的傳感器輸出信號(hào)不同，進(jìn)入計(jì)算機(jī)的接口電路也不同。多路模擬信號(hào)輸入通道的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

2.1 多路模擬開關(guān)（MUX）

在輸入信號(hào)有多個(gè)時(shí)，常用多路模擬開關(guān)對(duì)它們進(jìn)行巡回檢測(cè)，以節(jié)省A/D轉(zhuǎn)換器和I/O接口。這種開關(guān)的種類很多，但是它們的工作原理基本上是一致的。CD4051/CC4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20 V的數(shù)字信號(hào)可控制峰值到20 V的模擬信號(hào)。當(dāng)INH輸入端為“1”時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。

2.2 采樣保持器（S/H）

A/D轉(zhuǎn)換芯片完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。當(dāng)被測(cè)量變化很快時(shí)，為了使A/D轉(zhuǎn)換芯片的輸入信號(hào)在轉(zhuǎn)換期間保持不變，需要應(yīng)用采樣保持器。采樣保持器有兩種運(yùn)行模式——采樣模式和保持模式，由模式控制信號(hào)控制。開關(guān)K受模式控制信號(hào)控制，在采樣模式下，開關(guān)K閉合，A1是高增益放大器，其輸出對(duì)CH快速充電，使CH上的電壓和輸出電壓Uo快速跟蹤Ui的變化，即Av=1。

3 任務(wù)實(shí)施過(guò)程

在電廠和變電站中，電網(wǎng)中的電壓和電流由于多種原因常常處于波動(dòng)的狀態(tài)，為了給工作人員提供有效的數(shù)據(jù)，并在超值的范圍類采取有效措施，檢測(cè)電網(wǎng)中電壓和電流值是非常必要的。另外，變電站為了能夠保持高壓線路的暢通，還要檢測(cè)其他的一些參數(shù)。主要采用TLC2543作A/D轉(zhuǎn)換器，把電壓和電流等其他參數(shù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，A/T89C52作CPU，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，PS7219作LED顯示驅(qū)動(dòng)器，把監(jiān)測(cè)的電壓和電流值多參數(shù)巡回顯示出來(lái)。在下圖中，可以用多個(gè)pt100作溫度傳感器，用敏感濕敏電容作濕度傳感器，用光敏電阻作光強(qiáng)傳感器，用微壓力傳感器感應(yīng)氣壓和風(fēng)力，至于電網(wǎng)由于這些參數(shù)變化不是很快，無(wú)需保持器。輸入通道只由多路模擬開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器組成。A/D轉(zhuǎn)換器選用TLC2543，其為11通道、12為ADC，且內(nèi)部具有11通道選通模擬開關(guān)，因此不需要另加多路模擬開關(guān)。如果通道不夠，有些參數(shù)可以采用數(shù)字式傳感器直接和單片機(jī)的I/O接口相接。有些參數(shù)可將其信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)來(lái)計(jì)數(shù)，如檢測(cè)高壓的工作頻率。系統(tǒng)檢測(cè)可以按下圖連接方式完成。通過(guò)LED顯示，應(yīng)能很直觀的觀察到各個(gè)參數(shù)的變化情況。改變環(huán)境參數(shù)看各個(gè)信號(hào)隨著變化。

4 結(jié) 語(yǔ)

本次電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)以傳感器應(yīng)用為基礎(chǔ)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路板。計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)能完成對(duì)多點(diǎn)、多種隨時(shí)間變化的被測(cè)參量的快速、實(shí)時(shí)測(cè)量，并能排除噪聲干擾，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、信號(hào)分析，由測(cè)得的信號(hào)求出與研究對(duì)象有關(guān)的信息的量值或給出其狀態(tài)的判別。本文對(duì)傳感器與計(jì)算機(jī)接口有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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