低功耗無線工礦設(shè)備監(jiān)測儀設(shè)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(guān)電源 buck電路 開關(guān)電源的主要工作原理就是上橋和下橋的 Mos 管輪流導(dǎo)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(guān)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(guān)閉下橋 Mos 管，再打開上橋讓電流進(jìn)入，就這樣重復(fù)進(jìn)行，因為要輪流開關(guān) Mos 管，因其電路中的電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)，所以稱為開關(guān)電源。它的優(yōu)點主要有三方面： 開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度很 快，頻率一般為 50kHz 左右，這就使得開關(guān)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(dá)到 80%，因而它具有功耗低，效率高的優(yōu)點；開關(guān)電源的電路設(shè)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(guān)電源具有體積小，重量輕的優(yōu)點；從開關(guān)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(jìn)行補(bǔ)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(guān)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(yán)重的開關(guān)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(yīng)速度 輸出紋波 應(yīng)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(guān)電源 開關(guān)狀態(tài) 高 小 輕 高 快 小 中小功率 .2系統(tǒng)控制模塊 單片機(jī)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(gòu)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(zhuǎn)換電路，得自己專門搭電路。 方案二：由 C8051F040 為主控芯片構(gòu)成的系統(tǒng)，優(yōu)點是 C8051F040 是一款高性能的單片機(jī)，內(nèi)部由專門的 AD 轉(zhuǎn)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(gòu)成的系統(tǒng)，優(yōu)點是 MSP430 單片機(jī)在低功耗這方面的性能做得是特別好的，而且單片機(jī)內(nèi)部本身自帶 AD 轉(zhuǎn)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(yīng)變片將被測試件的應(yīng)變 ε 轉(zhuǎn)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(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號才能用儀表進(jìn)行測量或用計算機(jī)進(jìn)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(jìn)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(shè)電橋各橋臂電阻分別為 、 、 、 、它們可以全部或部分是應(yīng)變片， 為電橋的輸出負(fù)載。 根據(jù)基爾霍夫定律，電橋的輸出負(fù)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(fù)載電阻 為無限大 ，則上式可簡化為 當(dāng)電橋各臂均有相應(yīng)的電阻變化 、 、 、 時，由式 (24)得到 實際應(yīng)用往往為等臂電橋，即 = = = 且當(dāng) 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(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｋ谋鄄顒庸ぷ麟姌蛉鐖D 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(jī) ADC 進(jìn)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(shè)計和體積小巧使其應(yīng)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(jìn)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(hù)能經(jīng)受 177。40V 電壓而無損壞。它廣泛應(yīng)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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