【正文】 掌握，美國(guó) MAXIM 公司有篇文章提到一條經(jīng)驗(yàn)性的原則可以用來(lái)判斷在什么樣的數(shù)據(jù)速率和電纜長(zhǎng)度時(shí)需要進(jìn)行匹配：當(dāng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間（上升或下降時(shí)間）超過(guò)電信號(hào)沿總線(xiàn)單向傳輸所需時(shí)間的 3 倍以上時(shí)就可以不加匹配。 在 RS485 組網(wǎng)過(guò)程中另一個(gè)需要主意的問(wèn)題是終端負(fù)載電阻問(wèn)題，在設(shè)備少距離短的情況下不加終端負(fù)載電 阻整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能很好的工作但隨著距離的增加性能將降低。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性：總線(xiàn)的不同區(qū)段采用了不同電纜，或某一段總線(xiàn)上有過(guò)多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過(guò)長(zhǎng)的分支線(xiàn)引出到總線(xiàn)。有些網(wǎng)絡(luò)連接盡管不正確，在短距離、低速率仍 可能正常工作，但隨著通信距離的延長(zhǎng)或通信速率的提高，其不良影響會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，主要原因是信號(hào)在各支路末端反射后與原信號(hào)疊加，會(huì)造成信號(hào)質(zhì)量下降。 RS485 布網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線(xiàn)型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。在傳輸過(guò)程中可以采用增加中繼的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，最多可以加八個(gè)中繼 ，也就是說(shuō)理論上 RS485 的最大傳輸距離可以達(dá)到 公理。在使用RS485接口時(shí)，對(duì)于特定的傳輸線(xiàn)路，從 RS485 接口到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸所允許的最大電纜長(zhǎng)度與信號(hào)傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢龋@個(gè)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)主要是受信號(hào)失真及噪聲等影響所影響。 CAN） one pair 18 AWG），而在干 擾惡劣的環(huán)境下還應(yīng)采用鎧裝型雙絞屏蔽電纜（ ASTP120Ω （ for RS485 amp。（ 2）通過(guò) PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號(hào)為 RS485 類(lèi)型的擴(kuò)展卡。 (2)EMI 問(wèn)題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地），就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線(xiàn)就會(huì)像一個(gè)巨大的天線(xiàn)向外輻射電磁波。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍， RS485 收發(fā)器共模電壓范圍為 7～ +12V，只有滿(mǎn)足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。很多情況下，連接 RS485 通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線(xiàn)將各個(gè)接口的 “A” 、 “B” 端連接起來(lái)。RS485有兩線(xiàn)制和四線(xiàn)制兩種接線(xiàn)，四線(xiàn)制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線(xiàn)制接線(xiàn)方式，這種接線(xiàn)方式為總線(xiàn)式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線(xiàn)上最多可以?huà)旖?32個(gè)結(jié)點(diǎn)。下面我們就簡(jiǎn)單介紹一下 RS485。最初是數(shù)據(jù)模擬信號(hào)輸出簡(jiǎn)單過(guò)程量，后來(lái)儀表接口是 RS232 接口，這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。 2. RS485 接口 RS485 簡(jiǎn)介 智能儀表是隨著 80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)在世界儀表市場(chǎng)基本被智能儀表所壟斷。因?yàn)?RS485 接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線(xiàn)，所以 RS485 接口均采用屏蔽雙絞線(xiàn)傳輸。 RS485 接口連接器采用 DB9 的 9芯插頭座，與智能終端 RS485 接口采 用 DB9（孔），與鍵盤(pán)連接的鍵盤(pán)接口 RS485采用 DB9（針）。 因 RS485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。而 RS485 接口在總線(xiàn)上是允許連接多達(dá) 128個(gè)收發(fā)器。 3. RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。接口信號(hào)電平比 RS232C 降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。 在多位 LED 顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線(xiàn)并聯(lián)在一起，由一個(gè) 4位 I/O口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽(yáng)極點(diǎn)分別由響應(yīng)的 I/O 口線(xiàn)控制。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。根據(jù)顯示方式不同，位選線(xiàn)與段選線(xiàn)的連接方法不同。 LED 顯示器與顯示方式 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用 LED顯示塊構(gòu)成 N位 LED 顯示器。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段 LED。 6) 當(dāng) EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 4) 在 ST端給出一個(gè)至少有 100ns 寬的正脈沖信號(hào)。 2) 初始化時(shí)，使 ST 和 OE 信號(hào)全為低電平。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線(xiàn) ： 因 ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)呈 23 高阻狀態(tài)。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數(shù)字量輸 出及控制線(xiàn)： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào) ： 當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 A， B和 C為地址輸入線(xiàn)，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。 地址輸入和控制線(xiàn)： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)： 由上圖可知， ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。 21 A R 1A R 2R1R2R3R4 R5R6 R7R8R9R 10 R 11A R 3A R 4R 12R 1315v 圖 三運(yùn)放大電路結(jié)構(gòu)圖 ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS 組件。 三運(yùn)放大電路 本次課程設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)放大電路，我們將采用三運(yùn)放大電路，主要的元件就是三運(yùn)放大器。拿去托盤(pán)上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器 R W4（零位調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為。將差動(dòng) 放大器調(diào)零，合上電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電橋平衡電位 RW1，使數(shù)顯表顯示 。 20 測(cè)量電路是電子稱(chēng)設(shè)計(jì)電路中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，我們?cè)谥谱鞯倪^(guò)程中應(yīng)盡量選擇好元件，調(diào)整好測(cè)量的范圍的精確度，以避免減小測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差。 橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，其中任何一個(gè)都可以是電阻應(yīng)變片電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線(xiàn)接入工作電壓 U，另一個(gè)對(duì)角線(xiàn)為輸出電壓 Uo。 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路 常規(guī)的電阻應(yīng)變片 K值很小，約為 2，機(jī)械應(yīng)變度約為 — ，所以，電阻應(yīng)變片的電阻變化范圍為 — 歐姆。 全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)叄?dāng)應(yīng)變片初始阻值： R1＝R+Δ R,R2＝ RΔ R,R3＝ R+Δ R,R4=RΔ R，其電路輸出電壓 Uout＝ UKε。 滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。非線(xiàn)性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。 B. 電阻絲與被測(cè)元件材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)的不同引起的。本設(shè)計(jì)中采用的是金屬電阻應(yīng)變片絲式結(jié)構(gòu)，為獲得高電阻值，電阻絲排成網(wǎng)狀，并貼在絕緣的基片上，電阻絲兩端引出導(dǎo)線(xiàn)，線(xiàn)柵上面粘有覆蓋層，起保護(hù)作用。由電阻應(yīng)變片和測(cè)量線(xiàn)路兩部分組成。所以本課題用第一 方案。 R4 既是 V2 的集電極負(fù)載電阻，又是 V1管的基極偏置電阻。雙極型晶體管 V2 將取樣電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，所的誤差電壓通過(guò) V2進(jìn)行放大，因此將 V2 所組成的放大電路電路或誤差放大電路。 圖中 R Rp2 和R2 所組成的分壓器稱(chēng)為取樣電路，它能將輸出電壓的變化取回一部分送到雙極型晶體管V2 的基極。 V i n1GND2V ou t3U1 78 0 5T122 0 V / 9VD1I N 4 00 1D2I N 4 00 1D3I N 4 00 1D4I N 4 00 1C110 0 0U FC410 0 U FC2 3 U FC3 U F12J1I N 22 0V12J2O U T 5V 電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓電路 u1 U1 u2 Ur Uf Uo 220V 直流穩(wěn)壓電源的組成與構(gòu)成圖 壓電 傳感器 三運(yùn) 放大器 PIC 8155 RS485通訊 LED 顯示器 MAX 7219 18 3． 1． 2 方案二 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓電路組成框圖如圖所示，它由調(diào)整管、取樣電路、基準(zhǔn)電壓和比較放大電路等部分組成。正常工作時(shí)，穩(wěn)壓器的輸入輸出電壓差一般為 23V。 3． 1． 1 方案一 圖 31 所示為 CW7800 系列三端固定輸出采集集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路。本次設(shè)計(jì)采取方案一?；竟ぷ髟砜驁D如下： 圖 基本工作原理框圖 2． 2方案二： 電阻應(yīng)變片 傳感器 三運(yùn) 放大器 ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換器 8051 8155 LED 顯示器 RS485 通訊 MAX 7219 17 本方案采用壓電傳感器作為敏感元件采集信息，經(jīng)三運(yùn)放大器放大處理，再送入 ADC0809進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，運(yùn)用 DSP單片機(jī)作為運(yùn)算處理元件處理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行通訊和 LED 顯示。從而更好的滿(mǎn)足當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需求。 ADC0809 的 A/D 轉(zhuǎn)換作用是 把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測(cè)量結(jié)果。電阻應(yīng)變式傳感器是傳感器中應(yīng)用最多的一種，本設(shè)計(jì)采用全橋測(cè)量電路，使系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差更小，輸出的數(shù)據(jù)更精確。 本課程設(shè)計(jì)的數(shù)字壓力傳感器以單片機(jī)為主要部件，利用全橋測(cè)量原理，通過(guò)對(duì)電路輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)的線(xiàn)性關(guān)系，建立具體的數(shù)學(xué)模型，將電壓量綱（ V）改為壓強(qiáng)綱（ pa）即成為一臺(tái)原始電子稱(chēng)。 16 數(shù)字壓力傳感器 摘要： 本課題主要介紹數(shù)字壓力傳感器，包括應(yīng)變計(jì) /壓電傳感器為敏感元件的硬件電路設(shè)計(jì)、運(yùn)算元件（ 80C51 單片機(jī)）數(shù)據(jù)處理、 4 位數(shù)碼顯示系統(tǒng)以及相應(yīng)的通信接口與協(xié)議； 實(shí)現(xiàn)在一路測(cè)量范圍在 0~250PSI，測(cè)量精度在 1PSI，分辨率在 1PSI。 關(guān)鍵詞： PIC單片機(jī) 數(shù)字 通訊 智能 1 引言 數(shù)字壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡(jiǎn)單介紹 一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。其中測(cè)量電路中最主要的元器件就是電阻應(yīng)變式傳感器。而三運(yùn)放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿(mǎn)足 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。并且能實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳感器之間的通訊，達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的。 2 方案論證 2． 1方案一： 本方案采用電阻應(yīng)變片作為敏感元件采集信息，經(jīng)三運(yùn)放大器放大處理 ， 再 送入 ADC0809進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換， 運(yùn)用 80C51 單片機(jī)作為運(yùn)算處理元件處理數(shù)據(jù)， 并進(jìn)行通訊和 LED顯示?；竟ぷ髟砜驁D如下： 方案選擇： 本次設(shè)計(jì)要求精度不高，考慮其成本、自身的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。 3 各電路設(shè)計(jì)和論證 3． 1 電源電路設(shè)計(jì)和論證 直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備中必不可少的組成部分，它通常由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。圖中表明了從交流電網(wǎng)電壓經(jīng)電源變壓器降壓，又經(jīng)橋式整流和電容濾波后加在穩(wěn)壓器的輸入端的連接方法，并提供各種有關(guān)元器件的參考參數(shù)。圖中 V5 是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端短路時(shí)，給輸出電容器 C4 存儲(chǔ)的電荷提供一個(gè)放大電路，防止 C4 兩端電壓作用于集成穩(wěn)壓器內(nèi)部調(diào)整管的發(fā)射結(jié)，造成發(fā)射結(jié)擊穿而損壞三端集成穩(wěn)壓器。圖是典型的串聯(lián)型雙極型晶體管穩(wěn)壓電路。由限流電阻 R3 和穩(wěn)壓管 V3 組成的電路提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓 Uz，使雙極型晶體管 V2 的發(fā)射極電位保持恒定。雙極型晶體管 V1 在電路中起電壓調(diào)節(jié)作用 ，稱(chēng)為調(diào)整管。 V1V2R1R2R3R4RLT122 0 V / 9VD1I N 4 00 1D2I N 4 00 1D3I N 4 00 1D4I N 4 00 112J1I N 22 0VRPV312J2O U T 5V 方案論證 由于三端穩(wěn)壓管只有三個(gè)引出端子，具有應(yīng)用時(shí)外接元件少、使用方便、性能穩(wěn)定、價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用 。 3． 2 數(shù)據(jù)采集 電路設(shè)計(jì)和論證 3． 2． 1 方案一 調(diào)整管 比較放大電路 基準(zhǔn)電壓 取樣電路 IO +OUT RL 19 電阻應(yīng)變式傳感器的組成以及原理 電阻應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)量的力，通過(guò)