【文章內(nèi)容簡介】 在不影響基于性能的情況下加裝遠傳電路。 (3)加裝遠傳電路后即具備了機械與遠傳兩套顯示 ,且顯示具備一致性的條件。 也正因為如此 ,我們在設(shè)計自動抄表系統(tǒng)時 ,因多考慮傳感器及遠傳電路設(shè)計 ,而不是重新設(shè)計一個新表。在實際設(shè)計時 ,一是要選取適當(dāng)?shù)奈⒐膫鞲衅骱蛦纹瑱C 。 二是要選取抗干擾性強的傳感器 。三是應(yīng)該為采集部分加一磁屏蔽 ,防 物理系 2021 屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)論文 8 止周圍雜散電磁場的干擾以準確計數(shù)。 自動抄表系統(tǒng)中幾種傳感器的應(yīng)用 光電傳感器的應(yīng)用 【 8】 【 3】【 1】 在電表中可采用光電傳感器。電表的鋁盤在電渦流和磁場的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。采用光電傳感器則可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)。在電表的光亮的鋁盤上局部涂黑 ,再配以反射式光電發(fā)射接收對管 ,則當(dāng)鋁盤旋轉(zhuǎn)時 ,在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖 ,并可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)采樣轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖數(shù) ,并經(jīng)光電耦合隔離電路 ,送至單片機的 T0 端口進行計數(shù)處理。采用光電耦合隔離器可有效地防止干擾信號進入微機。圖 52 為光電傳感器檢測示意圖。 圖 52 光電傳感器檢測示意圖 圖中 D1 和 P1 組成光電發(fā)射接收對管 , P1 接收涂黑部分的反射光而在 A 點處將產(chǎn)生的電脈沖輸入到光電耦合隔離器 01,01 以發(fā)光二極管為輸入端、光敏三極管為輸出端。 01 的輸出信號則輸入到單片機的 T0 端。 T0 端為單片機 MSP430的并行口 的第二功能端 ! 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖外部輸入端 ,接收傳感器的計數(shù)脈沖輸入。 MSP430 的串行輸入、輸出口 RXD、 TXD ( 、 的第二功能 )在控制指令指揮下工作。 RXD 為接收端 , TXD 為發(fā)送端 ,工作于一定方式。 若在電表的鋁盤上加工一狹縫隙或小孔 ,則可用透射式光電發(fā)射接收對管 ,同樣可將 鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)采樣轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖數(shù) ,后續(xù)電路與上相同。測得鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù) N,即可檢測出用戶消耗的電能。 與在電表中相似 ,在煤氣表中 ,可將機械式基表的計數(shù)齒輪局部涂黑或加工一狹縫隙或小孔。測得計數(shù)齒輪的轉(zhuǎn)數(shù) N,即可檢測出用戶消耗的氣 量。 這樣組成的煤氣表就構(gòu)成了脈沖煤氣表。 霍爾傳感器的應(yīng)用 【 6】 物理系 2021 屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)論文 9 霍爾器件是一種磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化 ,可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。 霍爾器件具有許多優(yōu)點 ,它們的結(jié)構(gòu)牢固 ,體積小 ,重量輕 ,壽命長 ,安裝方便 ,功耗小 ,頻率高 (可達 1MHZ) ,耐震動 ,不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 按照霍爾器件的功能可將它們分為 :霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量 ,后者輸出數(shù)字量?；魻柧€性器件的精度高、線性度好 ?；魻栭_關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、 無抖動、 無回跳、位置重復(fù)精度高 (可達 um 級 )。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬 ,可達 55℃ 150℃ 。 霍爾開關(guān)電路又稱霍爾數(shù)字電路 ,由穩(wěn)壓器 ,霍爾電壓發(fā)生器 (霍爾片 ),差分放大器 ,史密特觸發(fā)器和集電極開路輸出級組成 ,能將變化的磁場訊號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓輸出。在 外磁場的作用下 ,當(dāng)磁感應(yīng)強度超過導(dǎo)通閾值 BOP 時 ,霍爾電路輸出管導(dǎo)通 ,輸出低電平。之后 , B 再增加 , 仍保持導(dǎo)通態(tài)。若外加磁場的 B 值降低到 BRP 時 ,輸出管截止 ,輸出高電平。我們稱 BOP 為工作點 , BRP 為釋放點 ,BOP BRP= BH 稱為回差?；夭畹拇嬖谑归_關(guān)電路的抗干擾能力增強。鎖定型霍爾開關(guān)電路的特點是 :當(dāng)外加磁場 B 正向增加 ,達到 BOP 時 ,電路導(dǎo)通 ,之后無論 B 增加或減小 ,甚至將 B 除去 ,電路都保持導(dǎo)通態(tài) ,只有達到負向的 BRP 時 ,才改變?yōu)榻刂箲B(tài) ,因而稱為鎖定型?；魻栭_關(guān)電路的功能框見圖 53(a)。圖 53(b)表示普通霍爾開關(guān)的輸出特性 ,圖 53(c) 表示鎖定型霍爾開關(guān)的輸出特性。 (a) 霍爾開關(guān)電路的功能框 (b) 開關(guān)型輸出特性 (c) 鎖定性輸出特性 物理系 2021 屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)論文 10 圖 53 霍爾開關(guān)電路的功能框和輸出特性 在電表、煤氣表、水表中都可采用霍爾開關(guān)器件 ,機械式的基表驅(qū)動小磁鐵 ,當(dāng)磁鐵經(jīng)過霍爾開關(guān)器件的表面時就可得到輸出信號。輸出信號輸入到單片機的T0 端。從單片機中測得的計數(shù)齒輪的轉(zhuǎn)數(shù) N,即可檢測出用戶消耗的氣量或水量。這樣組成的煤氣表或水表就構(gòu)成了脈沖煤氣表或脈沖水表。圖 54(a)為霍爾開關(guān)檢測示意圖 ,圖 54(b)為霍爾開關(guān)轉(zhuǎn)數(shù)檢測電路 【 4】 。而當(dāng)我們需要用戶數(shù)據(jù)時 ,通過遠傳線路在中心管理計算機上就可以進行實時監(jiān)控。 (a)霍爾開關(guān)檢測示意圖 (b)霍爾開關(guān)轉(zhuǎn)數(shù)檢測電路 圖 54 霍爾開關(guān)轉(zhuǎn)數(shù)檢測電路 零功耗磁敏傳感器 這種零功耗磁敏傳感器是利用韋根德效應(yīng)制成的 ,又名韋根德傳感器。其工作原理是利用磁性雙穩(wěn)態(tài)功能合金材料中的磁疇在磁場中的運動特性制作而成的。當(dāng)外磁場發(fā)生變化時 , 磁疇磁化方向瞬間發(fā)生翻轉(zhuǎn) ,而當(dāng)外磁場撤離后 ,它又瞬間恢復(fù)到原有的磁化方向 ,由此在合金材 料周圍的檢測線圈中會感生出電脈沖信號 ,實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。 此傳感器工作時無須使用外加電源 ,適用于微功耗儀表。經(jīng)試驗當(dāng)傳感器觸發(fā)磁感應(yīng)強度大于 50 Gs 時 ,以雙磁極交替觸發(fā)方式工作 ,觸發(fā)零功耗磁敏傳感器工作時輸出一對正負雙向脈沖電信號 ,信號周期為磁場交變周期 ,幅值大于 2V,電流大于 2uA,可滿足單片機的要求。且無觸點、耐腐蝕、防水 ,壽命很長。 因為傳感器輸出信號電流很小 ,所以后級信號處理可為晶體管、場效應(yīng)管 , 物理系 2021 屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)論文 11 也可以和比較器或各種運算放大器直接連接。適當(dāng)注意也可和低功耗單片機連接。磁路設(shè)計時要特別注意磁場空間分布 ,平行于傳感器敏感區(qū)的磁場分量一定要滿足觸發(fā)磁感應(yīng)強度的要求 (≥50 Gs)。零功耗磁敏傳感器和小磁鋼常用的兩種安裝方法如圖 55( a)所示。 在電表、煤氣表、水表中都可采用零功耗磁敏傳感器器件 ,機械式的計數(shù)齒輪驅(qū)動小磁鐵 ,當(dāng)磁鐵經(jīng)過傳感器的表面時就可得到輸出的一對正負雙向脈沖電信號。輸出信號輸入到單片機的 T0 端。只有當(dāng)單片機采集到一對正負脈沖時 ,單片機的計數(shù)器才加 “ 1” 。從單片機中測得的計數(shù)齒輪的轉(zhuǎn)數(shù) N,即可檢測出用戶消耗的氣量或水量。圖 55( b)為零功耗磁敏傳感器檢測電路。 【 10】 (a) 零功 耗磁敏傳感器和磁鋼常用的兩種安裝方法 (b) 零功耗磁敏傳感器檢測電路 圖 5 5 零功耗磁敏傳感器和磁鋼常用的兩種安裝方法及其檢則電路 幾種傳感器的比較 從前面的分析我們可以看出 ,光電式傳感器和霍爾開關(guān)式傳感器工作時 ,都需要供電 ,電流一般為毫安級 ,這將導(dǎo)致供電電池的極大耗費 。如果改用供電電源 ,在煤氣表中又將引起安全方面的問題。而零功耗磁敏傳感器工作時無須使用外加電源 ,適用于微功耗儀表 ,在自動抄表系統(tǒng)中是較好的采集用傳感器。 在有強磁干擾時 ,霍爾開關(guān)式傳感器有可能只輸出高電平或低電平 ,將導(dǎo)致單片機不再計數(shù)。而零功耗磁敏傳感器有較強的抗干擾性能 ,工作時傳感器輸出一對正負雙向脈沖電信號 ,信號周期為磁場交變周期。也就是說 ,如果磁鋼的 N 物理系 2021 屆 電子信息工程專業(yè) 畢業(yè)論文 12 極接近時 ,輸出