多信號(hào)采集功能信號(hào)設(shè)計(jì)方案

　　文章是一篇通信論文，主要講述了多信號(hào)采集功能的信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)新改革措施等等。本文選自：《通信學(xué)報(bào)》,《通信學(xué)報(bào)》面向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。其辦刊宗旨是及時(shí)反映中國(guó)通信科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，交流國(guó)內(nèi)外通信科技新成果，促進(jìn)學(xué)術(shù)進(jìn)步和人才成長(zhǎng)，探索新理論、新技術(shù)。主要讀者對(duì)象為信息通信領(lǐng)域的研究人員、大專院校通信及相關(guān)專業(yè)的教師和研究生。

　　摘要：節(jié)的通道信號(hào)類型。當(dāng)巡回采集0～7八個(gè)通道時(shí),根據(jù)不同的通道號(hào), 一方面從EEPROM 中取出X9241滑動(dòng)端相應(yīng)的數(shù)值通過(guò) 總線寫(xiě)入X9241數(shù)據(jù)寄存器中, 數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容可傳輸?shù)交瑒?dòng)計(jì)數(shù)寄存器WCR 以設(shè)置滑動(dòng)端的位置; 另一方面從EEPROM 中取出該通道的信號(hào)類型, 根據(jù)信號(hào)類型控制各光繼電器AQW212E 的開(kāi)合狀態(tài), 并將X9241 的0 號(hào)電位器RW 置上合適的數(shù)值, 實(shí)現(xiàn)信號(hào)的正確輸入及調(diào)理。

　　關(guān)鍵詞：信號(hào)采集功能,信號(hào)調(diào)理,電路設(shè)計(jì),信號(hào)管理,通信論文

　　1、硬件設(shè)計(jì)

　　信號(hào)調(diào)理電路單路輸入的硬件結(jié)構(gòu),包括信號(hào)輸入、放大、單片機(jī)控制等幾大部分。信號(hào)輸入電路由精密基準(zhǔn)電源MAX872、光繼電器AQW212E、運(yùn)放4502 及精密儀表開(kāi)關(guān)電容模塊LTC1043 等組成。其中精密基準(zhǔn)電源的使用一方面提升輸入信號(hào)的電位, 避免低電位測(cè)量時(shí)的干擾誤差;另一方面作為一路檢測(cè)電路, 其測(cè)量結(jié)果可以修正其它回路的檢測(cè)結(jié)果, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的在線自校正。MAX872 具有較寬的電壓輸入范圍(2.7～20V),輸出精度可達(dá)2.500V ± 0.2%。LTC1043CN 是雙精密儀表開(kāi)關(guān)電容,電容外接, 多用于精密儀表放大電路、壓頻轉(zhuǎn)換電路和采樣保持電路等。當(dāng)內(nèi)部開(kāi)關(guān)頻率被設(shè)定在額定值300Hz時(shí), LTC1043CN 的傳輸精確度最高, 此時(shí)電容器CS 和CH大小均為1 μ F。LTC1043CN 和運(yùn)放LT1013 組成差分單端放大器,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 中, 而CH 的電壓送到LT1013 的非反相輸入端放大。LTC1043CN是通過(guò)電容完成電壓的傳輸, 使電壓由差分輸入變?yōu)閱味溯斎? 并起到了很好的信號(hào)隔離作用, 在本設(shè)計(jì)中雙電容的巧妙接法解決了熱電阻的三線制輸入問(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 中三個(gè)數(shù)字電位器決定, 使輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后均變?yōu)?～500mV的電壓信號(hào), 滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器允許的電壓輸入范圍。本部分電路僅完成信號(hào)輸入, 是我們研制網(wǎng)絡(luò)化智能儀表的一部分, 對(duì)于輸入信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示則由其它模塊完成。S4、S5、S6 是控制一路輸入的光繼電器, 采集該路信號(hào)時(shí)同時(shí)合上, 其他電路是所有通道信號(hào)輸入的公共電路, 只是根據(jù)輸入信號(hào)的不同, 單片機(jī)改變其余光繼電器的狀態(tài), 形成不同的輸入電路。具體可分為以下幾種情況:

　　(1) 采集1～5V 電壓信號(hào)時(shí): 繼電器CH 合上,P11、SI、P37 斷開(kāi), 通過(guò)電阻R2、R4 實(shí)現(xiàn)分壓后變?yōu)?.25～1.25V的電壓信號(hào)加在數(shù)字電位器X9241的0號(hào)電位器V0的兩端, 經(jīng)過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)該電位器的調(diào)節(jié), 令其滑動(dòng)端的數(shù)值為25, 按25J63(電位器內(nèi)共有63個(gè)電阻單元組成的陣列)這樣比例繼續(xù)分壓變?yōu)榧s100～500mV信號(hào), 加LTC1043CN 的電容CS 上,此時(shí)數(shù)字電位器X9241的其它3個(gè)電位器形成的放大倍數(shù)應(yīng)為1, 才能保證在運(yùn)放L T 1 0 1 3 的輸出端最大電壓不超過(guò)500mV; 具體如何設(shè)置這3個(gè)電位器滑動(dòng)端的數(shù)值見(jiàn)后面軟件部分。

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

　　(3) 采集每個(gè)通道信號(hào)前還要采集兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓, 實(shí)現(xiàn)儀表在測(cè)量中的自校正功能。電路中精密基準(zhǔn)電源MAX872 輸出的2.5V 電壓經(jīng)精密電阻R1(66kΩ)、R3(192kΩ)分壓后,將約為640mV 左右加在X9241 的0 號(hào)電位器分壓。此時(shí)繼電器S4、S5、S6 斷開(kāi),繼電器P37 合上。

　　2、軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分所要完成的工作就是控制各光繼電器的狀態(tài)及設(shè)定數(shù)字電位器X9241 中各數(shù)字電位器滑動(dòng)端的位置。本模塊采用單片機(jī)控制, 可與其它模塊單片機(jī)或上位機(jī)進(jìn)行通信。信號(hào)類型的設(shè)定, 也可通過(guò)掃描鍵盤(pán)或IC卡完成。確定了各路的信號(hào)類型后, 對(duì)應(yīng)不同的輸入信號(hào), 數(shù)字電位器X9241內(nèi)部的4個(gè)電位器滑動(dòng)端的數(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 可用下面計(jì)算方法得到, 使得當(dāng)信號(hào)輸入為上限值時(shí), 在LT1013的輸出端得到約為500mV 的輸出電壓。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 為信號(hào)輸入上限值時(shí)對(duì)應(yīng)的LT1013輸出電壓值。若采集8個(gè)通道, 則需將24個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的電位器RW1, RW2, RW3 的數(shù)值n1, n2,n3順序保存在本模塊的 中, 另外還要保存8個(gè)字

　　3、實(shí)驗(yàn)與總結(jié)

　　在設(shè)計(jì)中,電壓、電流、熱電偶、熱電阻等多種類型的輸入信號(hào),完成了對(duì)各種輸入信號(hào)以及多種輸入范圍的高精度測(cè)量。設(shè)計(jì)中器件傳輸信號(hào)的線性度與信號(hào)高、低端的測(cè)量是關(guān)鍵, 它們影響著測(cè)量的精度, 在小信號(hào)測(cè)量時(shí)注意提升電位, 大信號(hào)測(cè)量時(shí)注意電源的供給要留有余量。通過(guò)選擇精密的元器件, 在軟件上做一些算法修正, 這個(gè)信號(hào)調(diào)理電路的線性度很好, 而且通過(guò)自校正算法克服了零漂。