多路參數巡回檢測系統的設計

摘 要：以計算機為中心的現代測控系統，采用數據采集與傳感器相結合的方式，能最大限度地完成測試工作的全過程。既能實現對信號的檢測，又能對所獲信號進行分析處理求得有用信息。現代計算機測試系統能完成對多點、多種隨時間變化的被測參量的快速、實時測量，并能排除噪聲干擾，進行數據處理、信號分析，由測得的信號求出與研究對象有關的信息的量值或給出其狀態的判別。在實際應用中，根據不同的測量對象，選用不同的傳感器，不同的傳感器具有不同的輸出信號。傳感器接口電路的選擇是根據傳感器的輸出信號特點和用途確定的，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算機的常用接口電路。

關鍵詞：測控；傳感器；輸入通道；接口電路

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）29-0017-02

1 傳感器輸出信號的檢測電路

傳感器的接口電路中完成對傳感器輸出信號預處理的各種接口電路統稱為檢測電路，經檢測電路預處理過的信號，應成為可供測量、控制使用及便于向微型計算機輸入的信號形式，下面介紹幾種常用的電路。

1.1 阻抗匹配器

1.3 放大電路

傳感器的輸出信號一般比較微弱，需要放大電路將其輸出的直流信號或者交流信號進行放大處理，為檢測系統提供高精度的信號。

反相放大器基本電路如圖4所示，輸入信號通過Ri接到反相器輸入端，同相輸入端接地。輸出信號通過反饋電阻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，輸出電壓通過反饋電阻Rf反饋到反相輸入端。

2 傳感器與微型計算機的連接

由檢測電路預處理過的檢測信號在輸入微型計算機前還要經過相應的接口電路進行處理，轉換成CPU能直接進行運算處理的信號，如模擬信號要轉換成數字量，而數字信號也要轉換成能被計算機能接受的數字量。不同類型的傳感器輸出信號不同，進入計算機的接口電路也不同。多路模擬信號輸入通道的結構比較復雜。

2.1 多路模擬開關（MUX）

在輸入信號有多個時，常用多路模擬開關對它們進行巡回檢測，以節省A/D轉換器和I/O接口。這種開關的種類很多，但是它們的工作原理基本上是一致的。CD4051/CC4051是單8通道數字控制模擬電子開關，有三個二進制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20 V的數字信號可控制峰值到20 V的模擬信號。當INH輸入端為“1”時，所有的通道截止。三位二進制信號選通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轉換芯片完成一次轉換需要一定的時間。當被測量變化很快時，為了使A/D轉換芯片的輸入信號在轉換期間保持不變，需要應用采樣保持器。采樣保持器有兩種運行模式——采樣模式和保持模式，由模式控制信號控制。開關K受模式控制信號控制，在采樣模式下，開關K閉合，A1是高增益放大器，其輸出對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 任務實施過程

在電廠和變電站中，電網中的電壓和電流由于多種原因常常處于波動的狀態，為了給工作人員提供有效的數據，并在超值的范圍類采取有效措施，檢測電網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，還要檢測其他的一些參數。主要采用TLC2543作A/D轉換器，把電壓和電流等其他參數實時轉換成數字信號，A/T89C52作CPU，進行數字信號處理，PS7219作LED顯示驅動器，把監測的電壓和電流值多參數巡回顯示出來。在下圖中，可以用多個pt100作溫度傳感器，用敏感濕敏電容作濕度傳感器，用光敏電阻作光強傳感器，用微壓力傳感器感應氣壓和風力，至于電網由于這些參數變化不是很快，無需保持器。輸入通道只由多路模擬開關和A/D轉換器組成。A/D轉換器選用TLC2543，其為11通道、12為ADC，且內部具有11通道選通模擬開關，因此不需要另加多路模擬開關。如果通道不夠，有些參數可以采用數字式傳感器直接和單片機的I/O接口相接。有些參數可將其信號轉換成脈沖信號來計數，如檢測高壓的工作頻率。系統檢測可以按下圖連接方式完成。通過LED顯示，應能很直觀的觀察到各個參數的變化情況。改變環境參數看各個信號隨著變化。

4 結 語

本次電子技術綜合設計以傳感器應用為基礎，系統設計電路板。計算機測試系統能完成對多點、多種隨時間變化的被測參量的快速、實時測量，并能排除噪聲干擾，進行數據處理、信號分析，由測得的信號求出與研究對象有關的信息的量值或給出其狀態的判別。本文對傳感器與計算機接口有實際應用價值。

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