低功耗無線工礦設備監(jiān)測儀設計論(編輯修改稿)
2025-07-11 15:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 12 引腳功能圖 (2)開關電源 buck電路 開關電源的主要工作原理就是上橋和下橋的 Mos 管輪流導通，首先電流通過上橋 Mos 管流入，利用線圈的存儲功能，將電能集聚在線圈中，最后關閉上橋 Mos管，打開下橋的 Mos 管，線圈和電容持續(xù)給外部供電。然后又關閉下橋 Mos 管，再打開上橋讓電流進入，就這樣重復進行，因為要輪流開關 Mos 管，因其電路中的電力電子器件工作在開關狀態(tài)，所以稱為開關電源。它的優(yōu)點主要有三方面： 開關狀態(tài)轉換速度很 快，頻率一般為 50kHz 左右，這就使得開關晶體管的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達到 80%，因而它具有功耗低，效率高的優(yōu)點；開關電源的電路設計沒有采用笨重的工頻變壓器。由于調(diào)整管上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片，正是這兩方面原因使得開關電源具有體積小，重量輕的優(yōu)點；從開關電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進行補償。這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓，所以 開關電源 的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果很好。它的缺點是存在較為嚴重的開關干擾，輸出電壓中含有較大的紋波。 綜合以上分析及表 21 的分析，為了實現(xiàn)低功耗，高效率的要求，我們采用方案二。 表 21 兩種直流電源的比較 種類 器件工作狀態(tài) 工作頻率 體積 重量 效率 響應速度 輸出紋波 應用范圍 線性電源 線性放大 零 大 重 低 快 極小 對輸出紋波和電磁干擾要求極低時 開關電源 開關狀態(tài) 高 小 輕 高 快 小 中小功率 .2系統(tǒng)控制模塊 單片機控制主要實現(xiàn)信號采集，信號處理和發(fā)送以及電源管理的共能。 方案一： 由 STC89C51 為主控芯片構成的系統(tǒng)，其優(yōu)點實成本低，做電路比較方便；缺點是芯片內(nèi)部沒有集成專門的 AD 轉換電路，得自己專門搭電路。 方案二：由 C8051F040 為主控芯片構成的系統(tǒng)，優(yōu)點是 C8051F040 是一款高性能的單片機，內(nèi)部由專門的 AD 轉換電路。 低功耗無線工礦檢測儀 4 方案三：由 MSP430F149 為主控芯片構成的系統(tǒng)，優(yōu)點是 MSP430 單片機在低功耗這方面的性能做得是特別好的，而且單片機內(nèi)部本身自帶 AD 轉換模塊。 為了實現(xiàn)低功耗的要求，且我們已有 MSP430F149，所以我們采用方案三。 應變片將被測試件的應變 ε 轉換成電阻相對變化 ΔR/R,還需一定的測量電路將其電阻變化進一步轉換成電壓或電流信號才能用儀表進行測量或用計算機進行數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)自動檢測。通常采用的測量電路是電橋電路。由于整個系統(tǒng)均為直流信號，故采用直流電橋進行測量。直流電橋測量電路如圖 所示。 UiR1 R2R4R3RL 圖 直流電橋測量電路 設電橋各橋臂電阻分別為 、 、 、 、它們可以全部或部分是應變片， 為電橋的輸出負載。 根據(jù)基爾霍夫定律，電橋的輸出負載電流為 若 則 ,稱為電橋的平衡條件，電橋為輸出。式（ 22）稱為電橋平衡條件。 電橋的輸出電壓為 （ 21） （ 22） 低功耗無線工礦檢測儀 5 若電橋的負載電阻 為無限大 ，則上式可簡化為 當電橋各臂均有相應的電阻變化 、 、 、 時，由式 (24)得到 實際應用往往為等臂電橋，即 = = = 且當 R (i=1,2,3,4)時，利用式 26 將上式寫為 但是由于 單臂橋測量電路的非線性誤差比較大，因而我們采用四臂差動工作電橋 以改善非線性誤差和提高輸出靈敏度 (四臂差動工作電橋的靈敏度為直流電橋測電路的四倍 )，同時還能起到溫度補償?shù)淖饔?。四臂差動工作電橋如圖 所示。 （ 23） （ 24） （ 25） （ 27） （ 26） R4+Δ R4 Uo R3Δ R3 R2Δ R2 R1+Δ R1 Ui 低功耗無線工礦檢測儀 6 圖 四臂差動電橋電路 壓力信號調(diào)理電路 壓力信號調(diào)理電路采用 INA128儀表放大電路將微小的電壓變化放大 100倍后送入單片機 ADC 進行采樣。 INA128 是低功耗、高精度的通用儀表 放大器。它通用的3 運放（ 3op amp）設計和體積小巧使其應用范圍廣泛。反饋電流 (Currentfeedback)輸入電路即使在高增益條件下 (G=100 時， 200KHz)也可以提供較寬的帶寬。單個外部電阻可實現(xiàn)從 1 至 10000 的任一增益選擇。它用激光進行修正微調(diào)，具有非常低的偏執(zhí)電壓 (50mV)、溫度漂移 ( C)和高共模抑制（在 G=100 時， 120dB），其電源電壓低至 177。 靜態(tài)電路只有 700181。A。內(nèi)部輸入保護能經(jīng)受 177。40V 電壓而無損壞。它廣泛應用與橋式放大器、熱 電偶放大器、 RTD 傳感器、醫(yī)療儀器、數(shù)據(jù)獲得等方面。 INA128 內(nèi)部原理圖如圖 所示。 圖 INA 128 內(nèi)部原理圖 無線通訊模塊 NRF905 單片無線收發(fā)器工作在 433/868/915MHZ 的 ISM 頻段由一個完全集成的頻率調(diào)制器一個帶解調(diào)器的接收器一個功率放大器一個晶體震蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成 ShockBurst 工作模式的特點是自動
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