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信號(hào)�(diào)理電�
閱讀�19797�(shí)間:2011-04-11 23:22:11

  信號(hào)�(diào)理電路就是信�(hào)處理電路,把模擬信號(hào)變換為用于數(shù)�(jù)采集、控制過(guò)�、執(zhí)行計(jì)算顯示讀出或其他目的的數(shù)字信�(hào)。是指利用內(nèi)部的電路,如濾波�、轉(zhuǎn)換器、放大器等來(lái)改變輸入的訊�(hào)�(lèi)型并輸出。在�(shí)際應(yīng)用中工業(yè)信號(hào)有些是高壓,�(guò)�,浪涌等,不能被系統(tǒng)正確�(shí)�,必須調(diào)整理��

原理

      信號(hào)�(diào)理電路往往是把�(lái)自傳感器的模擬信�(hào)變換為用于數(shù)�(jù)采集、控制過(guò)�、執(zhí)行計(jì)算顯示讀出和其他目的的數(shù)字信�(hào)�

  模擬傳感器可�(cè)量很多物理量,如溫度、壓力、力、流�、運(yùn)�(dòng)、位�、PH、光�(qiáng)�。但是傳感器信號(hào)不能直接�(zhuǎn)換為�(shù)�?jǐn)?shù)�(jù),因?yàn)閭鞲衅鬏敵鍪窍喈?dāng)小的電壓、電流或電阻變化,因�,在變換為數(shù)�?jǐn)?shù)�(jù)之前必須�(jìn)行調(diào)��

  �(diào)理就是放�,緩沖或定標(biāo)模擬信號(hào),使其適合于�/�(shù)�(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。然�,ADC�(duì)模擬信號(hào)�(jìn)行數(shù)字化,并把數(shù)字信�(hào)送到微控制器或其他數(shù)字器�,以便用于系�(tǒng)的數(shù)�(jù)處理�

技�(shù)

  1.放大

  放大器提高輸入信�(hào)電平以更好地匹配模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的范圍,從而提高測(cè)量精度和靈敏�。此�,使用放置在更接近信�(hào)源或�(zhuǎn)換器的外部信�(hào)�(diào)理裝置,可以通過(guò)在信�(hào)被環(huán)境噪聲影響之前提高信�(hào)電平�(lái)提高�(cè)量的信號(hào)-噪聲比�

  2.衰減

  衰減,即與放大相反的�(guò)程,在電壓(即將被數(shù)字化的)超過(guò)�(shù)字化儀輸入范圍�(shí)是十分必要的。這種形式的信�(hào)�(diào)理降低了輸入信號(hào)的幅度,從而經(jīng)�(diào)理的信號(hào)處于ADC范圍之內(nèi)。衰減對(duì)于測(cè)量高電壓是十分必要的�

  3.隔離

  隔離的信�(hào)�(diào)理設(shè)備通過(guò)使用變壓器、光或電容性的耦合技�(shù),無(wú)需物理連接即可將信�(hào)從它的源傳輸至測(cè)量設(shè)�。除了切斷接地回路之�,隔離也阻隔了高電壓浪涌以及較高的共模電�,從而既保護(hù)了操作人員也保護(hù)了昂貴的�(cè)量設(shè)��

  4.多路�(fù)�

  通過(guò)多路�(fù)用技�(shù),一�(gè)�(cè)量系�(tǒng)可以不間斷地將多路信�(hào)傳輸至一�(gè)單一的數(shù)字化儀,從而提供了一種節(jié)省成本的方式�(lái)極大�?cái)U(kuò)大系�(tǒng)通道�(shù)�。多路復(fù)用對(duì)于任何高通道�(shù)的應(yīng)用是十分必要��

  5.�(guò)�

  濾波器在一定的頻率范圍�(nèi)去處不希望的噪聲。幾乎所有的�(shù)�(jù)采集�(yīng)用都�(huì)受到一定程度的50Hz�60Hz的噪聲(�(lái)自于電線(xiàn)或機(jī)械設(shè)備)。大部分信號(hào)�(diào)理裝置都包括了為上抑�50Hz�60Hz噪聲而專(zhuān)門(mén)�(shè)�(jì)的低通濾波器�

  6.激�(lì)

  激�(lì)�(duì)于一些轉(zhuǎn)換器是必需�。例如,�(yīng)變計(jì),電熱調(diào)節(jié)�,和RTD需要外部電壓或電流激�(lì)信號(hào)。通常RTD和電熱調(diào)節(jié)器測(cè)量都是使用一�(gè)電流源來(lái)完成,這�(gè)電流源將電阻的變化轉(zhuǎn)換成一�(gè)可測(cè)量的電壓。應(yīng)變計(jì),一�(gè)超低電阻的設(shè)�,通常利用一�(gè)電壓激�(lì)源來(lái)用于惠斯登(Wheatstone)電橋配��

  7.冷端�(bǔ)�

  冷端�(bǔ)償是一種用于精確熱電偶�(cè)量的技�(shù)。任何時(shí)�,一�(gè)熱電偶連接至一�(gè)�(shù)�(jù)采集系統(tǒng)�(shí),您必須知道在連接�(diǎn)的溫度(�?yàn)檫@�(gè)連接�(diǎn)代表�(cè)量路徑上另一�(gè)“熱電偶”并且通常在您的測(cè)量中引入一�(gè)偏移)來(lái)�(jì)算熱電偶正在�(cè)量的真實(shí)溫度�

�(shè)�(jì)�(shí)�

  1、硬件設(shè)�(jì)

  信號(hào)�(diào)理電路單路輸入的硬件�(jié)�(gòu),包括信�(hào)輸入、放大、單片機(jī)控制等幾大部�。信�(hào)輸入電路由精密基�(zhǔn)電源MAX872、光繼電器AQW212E、運(yùn)�4502 及精密儀表開(kāi)�(guān)電容模塊LTC1043 等組�。其中精密基�(zhǔn)電源的使用一方面提升輸入信號(hào)的電�� 避免低電位測(cè)量時(shí)的干擾誤�;另一方面作為一路檢�(cè)電路� 其測(cè)量結(jié)果可以修正其它回路的檢測(cè)�(jié)�� �(shí)�(xiàn)系統(tǒng)的在�(xiàn)自校正。MAX872 具有較寬的電壓輸入范圍(2.7�20V�,輸出精度可�(dá)2.500V ± 0.2%。LTC1043CN 是雙精密儀表開(kāi)�(guān)電容,電容外接, 多用于精密儀表放大電�、壓頻轉(zhuǎn)換電路和采樣保持電路�。當(dāng)�(nèi)部開(kāi)�(guān)頻率被設(shè)定在額定�300Hz�(shí)� LTC1043CN 的傳輸精確度� 此時(shí)電容器CS 和CH大小均為1 μ F。LTC1043CN 和運(yùn)放LT1013 組成差分單端放大�,采用LTC1043CN為差分輸入的電壓采樣值, 電壓保持在電容器CS上并送到接地參考電容器CH �� 而CH 的電壓送到LT1013 的非反相輸入端放�。LTC1043CN是通過(guò)電容完成電壓的傳輸, 使電壓由差分輸入�?yōu)閱味溯斎�?并起到了很好的信�(hào)隔離作用� 在本�(shè)�(jì)中雙電容的巧妙接法解決了熱電阻的三線(xiàn)制輸入問(wèn)題�

  放大電路由運(yùn)放L T 1 0 1 3 和數(shù)字電位器X9241M 組成� 放大增益由數(shù)字電位器X9241 中三�(gè)�(shù)字電位器決定� 使輸入信�(hào)�(jīng)�(guò)放大后均�?yōu)?�500mV的電壓信�(hào)� �(mǎn)足模�(shù)�(zhuǎn)換器允許的電壓輸入范�。本部分電路僅完成信�(hào)輸入� 是我們研制網(wǎng)�(luò)化智能儀表的一部分� �(duì)于輸入信�(hào)模數(shù)�(zhuǎn)�、數(shù)�(jù)處理、顯示則由其它模塊完�。S4、S5、S6 是控制一路輸入的光繼電器� 采集該路信號(hào)�(shí)同時(shí)合上� 其他電路是所有通道信號(hào)輸入的公共電�� 只是根據(jù)輸入信號(hào)的不同, 單片�(jī)改變其余光繼電器的狀�(tài)� 形成不同的輸入電路。具體可分為以下幾種情況�

 ?�?� 采集1�5V 電壓信號(hào)�(shí)� 繼電器CH 合上,P11、SI、P37 斷開(kāi)� 通過(guò)電阻R2、R4 �(shí)�(xiàn)分壓后變?yōu)?.25�1.25V的電壓信�(hào)加在�(shù)字電位器X9241�0�(hào)電位器V0的兩端, �(jīng)�(guò)軟件�(shí)�(xiàn)�(duì)該電位器的調(diào)節(jié)� 令其滑動(dòng)端的�(shù)值為25, �25J63(電位器�(nèi)共有63�(gè)電阻單元組成的陣列)這樣比例繼續(xù)分壓�?yōu)榧s100�500mV信號(hào)� 加LTC1043CN 的電容CS �,此�(shí)�(shù)字電位器X9241的其�3�(gè)電位器形成的放大倍數(shù)�(yīng)�1, 才能保證在運(yùn)放L T 1 0 1 3 的輸出端電壓不超�(guò)500mV; 具體如何�(shè)置�3�(gè)電位器滑�(dòng)端的�(shù)值見(jiàn)后面軟件部分�

 ?�?� 采集熱電阻信�(hào)�(shí)� 繼電器SI、P11合上,CH、P37 斷開(kāi)。熱電阻采用的是三線(xiàn)制接�,消除了�(zhǎng)距離傳輸�(shí)傳輸�(dǎo)�(xiàn)的電阻帶�(lái)的誤�。采集過(guò)�(lái)的電阻值接在IN1、IN2 兩端,IN2、IN3被三�(xiàn)制接法后短接�2.5V基準(zhǔn)電壓此時(shí)加在熱電阻及R8、R9 上,�?yōu)楹练�?jí)電壓信號(hào)輸入。當(dāng)為Pt100輸入390.26Ω�(shí)�(zhuǎn)換為�290mV左右的電壓輸出�

 ?�?� 采集每�(gè)通道信號(hào)前還要采集兩�(gè)不同的基�(zhǔn)電壓� �(shí)�(xiàn)儀表在�(cè)量中的自校正功能。電路中精密基準(zhǔn)電源MAX872 輸出�2.5V 電壓�(jīng)精密電阻R1�66kΩ�、R3�192kΩ)分壓后,將約為640mV 左右加在X9241 �0 �(hào)電位器分�。此�(shí)繼電器S4、S5、S6 斷開(kāi),繼電器P37 合上�

  2、軟件設(shè)�(jì)

  軟件部分所要完成的工作就是控制各光繼電器的狀�(tài)及設(shè)定數(shù)字電位器X9241 中各�(shù)字電位器滑動(dòng)端的位置。本模塊采用單片�(jī)控制� 可與其它模塊單片�(jī)或上位機(jī)�(jìn)行通信。信�(hào)�(lèi)型的�(shè)定, 也可通過(guò)掃描鍵盤(pán)或IC卡完�。確定了各路的信�(hào)�(lèi)型后� �(duì)�(yīng)不同的輸入信�(hào)� �(shù)字電位器X9241�(nèi)部的4�(gè)電位器滑�(dòng)端的�(shù)值不同, 其中決定放大倍數(shù)的電位器RW1,RW2, RW3 的數(shù)值n1, n2, n3 可用下面�(jì)算方法得�� 使得�(dāng)信號(hào)輸入為上限值時(shí)� 在LT1013的輸出端得到約為500mV 的輸出電�。算法為令n1=63ViH500, n2=n1+1 則得到電阻RW3兩端的電壓V3=500H63(mV�

  由Vi=(V3H63)n3+�500H63)n1 得到n3=� 63 × 63H500)·Vi- 63n1其中Vi 為信�(hào)輸入上限值時(shí)�(duì)�(yīng)的LT1013輸出電壓�。若采集8�(gè)通道� 則需�24�(gè)字節(jié)�(shù)�(jù)的電位器RW1, RW2, RW3 的數(shù)值n1, n2,n3順序保存在本模塊� �� 另外還要保存8�(gè)�

  節(jié)的通道信號(hào)�(lèi)型。當(dāng)巡回采集0�7八�(gè)通道�(shí),根�(jù)不同的通道�(hào)� 一方面從EEPROM 中取出X9241滑動(dòng)端相�(yīng)的數(shù)值通過(guò) 總線(xiàn)�(xiě)入X9241�(shù)�(jù)寄存器中� �(shù)�(jù)寄存器的�(nèi)容可傳輸?shù)交瑒?dòng)�(jì)�(shù)寄存器WCR 以設(shè)置滑�(dòng)端的位置� 另一方面從EEPROM 中取出該通道的信�(hào)�(lèi)�� 根據(jù)信號(hào)�(lèi)型控制各光繼電器AQW212E 的開(kāi)合狀�(tài)� 并將X9241 �0 �(hào)電位器RW 置上合適的數(shù)�� �(shí)�(xiàn)信號(hào)的正確輸入及�(diào)理�

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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