【導讀】由于智能測控系統(tǒng)面向不同的應用領(lǐng)域,采用不同的實現(xiàn)途徑,使用不同的。開發(fā)環(huán)境,因此其設(shè)計調(diào)試過程往往是復雜而且痛苦的?本設(shè)計主要介紹了基于單片機的。通用測控系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)采集4~20mA模擬量和開關(guān)量并輸出4~20mA的模擬量和開關(guān)量,并將數(shù)據(jù)實時地傳回上位機等功能?I/V變換電路等部件實現(xiàn)前向通道數(shù)據(jù)采集功能以及采。RS485總線實現(xiàn)上位機和下位機的通信?本系統(tǒng)是和上位機聯(lián)機調(diào)試的,由于缺乏硬件不。能進行在線調(diào)試,但是結(jié)果經(jīng)過論證符合實際要求?的場合,系統(tǒng)具有低耗能?連接方便等特點?控制功能進一步加強的必要條件,因此本次設(shè)計就更具有了討論和研究的現(xiàn)實意義?

　　

【正文】 0~5V,而加了第二級的加法器調(diào)解 WR2 電位器使 V2 端電壓為 1V,經(jīng) 過調(diào)解加法器的WR3 電位器 (即放大倍數(shù) )即可使輸出為 0~5V? 其計算公式為 : 6219 /)(*)3( RVVWRRV out ??? (41) 其中 86 RR? ? 因為 1V 總為負值 (即 1~5V), 2V 總為正值 (即 +1V),適當調(diào)解 3WR ,可使 IC2的輸出為0~5V,即將 0到 1V去掉 ? 23 該電路的優(yōu)點 :①當變送器送來的信號為 0~10mA時 ,使 V2為 0V,即可使輸出為 0~5V。當變送器送來的信號為 4~20mA時 ,使 V2端為 +1V,調(diào)解 WR3即可使輸出為 0~5V?②該電路所帶來的最大好處是提高了 4~20mA信號的檢測精度 ? 該電路的缺點 :①需要一個高精度 ?較大功率的 R1電阻 ,當變送器送來的信號為 20mA時 ,R1為 250時 ,R1上消耗的功率為 ?由于使用環(huán)境溫度不同最少得 1W以上 ?如果這里的精度 不夠 ,那么后面的轉(zhuǎn)換精度也無從說起 ?②穩(wěn)壓二極管 WY, 剛加電時 , 隨著時間的變化 ,它的穩(wěn)壓值也隨著變化 ,開始變化比較大 ,隨時間的增加 ,變化逐漸減少 ,大約需要二個月左右才能穩(wěn)定下來 ?它帶來的最大壞處是 V2端的值不是穩(wěn)定的 +1V,為了使系統(tǒng)檢測值比較精確 ,總得調(diào)整 WR2?如果該系統(tǒng)用于“熱力系統(tǒng)” ,則每年都需要二個月左右的調(diào)整才能穩(wěn)定 ?帶來了很大的麻煩 ?③由于 WR2等經(jīng)常需要調(diào)整 ,因此會常常產(chǎn)生接觸不良的現(xiàn)象 ,帶來了系統(tǒng)的不可靠 ?④由于該轉(zhuǎn)換電路元器件太多 ,焊點過多也會造成系統(tǒng)不可靠 ? 單片機的復位電路以及看 門狗電路 看門狗電路 (Watchdog),簡稱 WD?其作用是檢測單片機的運行 ,一旦發(fā)現(xiàn)死機或程序跑飛現(xiàn)象 ,將發(fā)出復位信號恢復程序的正常運行 ? 由硬件連接圖所示 ,X25045 芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器 ,可通過軟件預置系統(tǒng)的監(jiān)控時間 ?在看門狗定時器預置的時間內(nèi)若沒有總線活動 ,則 X25045 將從 RESET 輸出一個高電平信號 ,經(jīng)過微分電路 C2?R6 輸出一個正脈沖 ,使 CPU復位 ?圖 電路中 ,CPU的復位信號共有 3 個 :上電復位 (C1?R4),人工復位 (S?R4?R5)和 Watchdog 復位 (C2?R6),通過或門綜合后加到 RESET 端 ?C2?R6 的時間常數(shù)不必太大 ,有數(shù)百微秒即可 ,因為這時 CPU的振蕩器已經(jīng)在工作 ?該電路為 AT89C51 擴展了上電復位 ?手動復位 ?電源電壓監(jiān)控 ?可編程看門狗定時器 ?串行 E2PROM等功能 ?同時 ,由圖 可得 ,對看門狗的復位由 CS 輸入電平的下降沿完成 ,SCK 是外部輸入的同步時鐘信號 。在對芯片發(fā)出指令或?qū)懭霐?shù)據(jù)時 ,時 24 鐘前沿將 SI引腳信號輸入 。在讀數(shù)據(jù)時 ,時鐘后沿將數(shù)據(jù)位輸出到 SO 引腳上 ?數(shù)據(jù)不管輸入 /輸出都是高位在先 ? 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 0 J u n 2 0 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \桌面 \新建文件夾 \ M y D e s i g n . d dbD r a w n B y:C1123ANDC2R4R6R5V C CS1V C C8R E S E T7S C K6SI5CS1SO2WP3V S S4V5X 2 40 4 5P 1. 6P 1. 5P 1. 7P 1. 4P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V P D9P 3. 0 / R x D10P 3. 1 / T xD11P 3. 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T 113P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W R16P 3. 7 / R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40I C 28 9C 5 1V C CV C C1 0K2 0μ F1 0K1K0 .1 μ F 圖 復位電路及看門狗 開關(guān)量光隔離電路 工業(yè)生產(chǎn) 過程中各種干擾來自電源 ?強電 ?磁場等居多 ?它們對微機系統(tǒng)的影響 ,最終是通過傳輸導線 ?地線等施加于微機控制系統(tǒng) ,而大部分是以電壓的形式表現(xiàn)出來 ?就其硬件處理方法不外乎兩類 :其一是選用帶有隔離作用的專用集成芯片 ,但其價格就目前看昂貴 ,不利于推廣應用 。其二就是采用各種光電耦合器件 ,將現(xiàn)場信息通過電─光─電方式與控制系統(tǒng)聯(lián)系起來 ,進而達到抑制干擾的一種簡便易行的隔離方法 ?本設(shè)計是應用TIL113 光電耦合器來實現(xiàn)的開關(guān)量輸入 ,電路圖如圖 所示 :采用光 — 電隔離技術(shù) ,不但可以最大限度地防止現(xiàn)場強電磁干擾的竄入 ,而且可 以防止工頻電源中高次諧波的干擾 ,也可以有效地切斷電路當中級與級之間的電的聯(lián)系 ,從而保證各級電路能獨立可靠地工 25 作 ? 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 17 J un 2 008 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ngs \ A d m i ni s t r a t or \ 桌面 \ M yD e s i g r a w n B y :R1Ki+5I N T 0D0 R2+5 圖 開關(guān)量輸入電路原理圖 圖中 Ki─代表系統(tǒng)外部任何某一種開關(guān)信息 ? 使用光電隔離器時必須注意的事項有 :(1)被隔離的單元電路之間必須單獨使用自備的電源 。(2)用于驅(qū)動發(fā)光管的電源和用于驅(qū)動光敏管的電源不應是共地的電源 。(3)隔離后的輸出通道必須單獨供電 ,以防外部干擾信號竄到系統(tǒng)中來 ?單獨供電時 ,可以單獨使用不同的電源 ,也可以用 DC—DC 變換的方法往輸出端提供的與光隔輸入端相互隔離的 電源 ? 光電隔離器的作用有 :第一 ,它有隔離開關(guān)的作用 ,因為它具有通斷功能 。第二 ,它具有電平轉(zhuǎn)換的功能 ,因為相互隔離的前后級之間的電源是單獨的 ,電源電壓的等級也可以是不同的 ? A/D 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換模塊任務為采樣由熱工儀表的輸出的模擬信號 ,然后轉(zhuǎn)換成微處理器能夠處理的數(shù)字信號 ?兩路輸入信號中一路信號 (熱工儀表輸出的控制信號 )為標準的大電流信號 (4~20mA),經(jīng) I/V轉(zhuǎn)換器 (精密電阻 )轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號后送入 A/D轉(zhuǎn)換器 ,通過 A/D變換后送入單片機 。另一路信號為 +5V的模擬信號 ,也送入 A/D轉(zhuǎn)換器 ,通過 A/D變換后送 26 入單片機 ?TLC0832 與單片機的接口電路如圖 所示 : 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 18 J un 2 008 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ngs \ A d m i ni s t r a t or \ 桌面 \ M yD e s i g r a w n B y :P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V P D9P 3. 0/ R xD10P 3. 1/ T xD11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 218X T A L 119G N D20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V pp31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40I C 289C 51V C C / R E F8C L K7DO6DI5CS1C H 02C H 13G N D4V1T L C 0832P 2. 0V C CV C CP 2. 0P 2. 1P 2. 2P 2. 2P 2. 1V C C+ 5V30P F30P F12M H Z 圖 TLC0832 與單片機的接口電路 電壓電流變換電路 V/I 變換電路的作用是將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號 ,它不僅要求輸出電流與輸入電壓有線性關(guān)系 ,而且要求輸出電流隨負載電阻變化所引起的變化量不超過允許值 ,即轉(zhuǎn)換器具有恒流性能 ?把從 D/A 轉(zhuǎn)換裝置及反向器輸出的 0~5V 電壓信號轉(zhuǎn)換成 4~20mA 的輸出 ? 本文選用的 V/I轉(zhuǎn)換電路是由運算放大器 N及晶體管 V1?V2 組成 ?V1 構(gòu)成倒相放大級 ,V2 構(gòu)成電流輸出級 ?Ub 為偏置電壓 ,用 以進行零位平移 ?由于電路采用電流并聯(lián)負反饋 ,因此具有較好的恒流性能 ?電路如圖 所示 : 27 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 0 J u n 2 0 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \桌面 \ M y D e s i g n . d dbD r a w n B y:+_+△ ∞NR1R2R5R4R3R7RLR6V1N P NV2N P NUiUb+EIo 圖 V/I 變換電路 分析如下 : 利用疊加原理 ,可求出在 iu , bu ,及輸出電流 oI 作用下 ,運算放大器 N 的同相及反相輸入端電壓 pu 及 nu ? 考慮只有輸入電壓 iu 作用時 ,因 LRR ??3 故有 )/(* 3131 RRuRu iN ?? (42) 考慮只有輸出電流 oI 作用時 )/(** 3112 RRRIRu LoN ?? (43) )(** 721 RRIRu Lop ?? (44) 在 bu 作用下 ,因 LRRR ??? 74 )/(* 4242 RRuRu bp ?? (45) 28 如果運算放大器 N 的開環(huán)增益及輸入電阻足夠大 ,則有 2121 NNppNp uuuuuu ????? (46) 設(shè) 21 RR? , 43 RR? ,則