模拟量传感器数据采集及远程显示屏系统设计.doc

模拟量传感器数据采集及远程显示屏系统设计课题探究 加个组名在这啊。。。。。。 一：技术要求 功能：4-20mA模拟输入，转换成LED数字显示，采用150-200m有线传输。 要求： 1、系统供电电源：24VDC+/-2V。 2、输入信号为单路4-20mA模拟量，采样电阻=500欧姆。 3、数字电路与模拟电路可选择：不隔离或隔离(任选其一)。 4、系统分辨率： =1000 。 5、非线性误差：= 满刻度(FS)的0.1%。 6、温度稳定性：优于100PPM。 7、可选择是否有标定功能，相应可以增加一定的按键。 标定功能举例：系统默认4~20mA对应远程显示屏上的0~10000。 也可以标定成：6~18mA对应远程显示屏上的0~10000。 8、6位LED显示，LED大小与颜色不限。正常信号显示范围0~10000。超过满量程时显示“OL”，低于零位时显示“-OL”。 9、LED自检功能。以测试LED是否有段码损坏。 10、系统成本不能过高，AD有效位不超过16位。 二：课题及其方案探究： 根据其要求，本小组进行了较为充分的探讨，把本课题分解为两大部分电：模拟电路块及其数字电路块。其中，包含信号调理电路;两线制信号源电路；数字采集及其处理电路。 （一）、模拟电路模块 模拟电路块整体效果流程图如下: 1、信号调理电路 课题要求传输距离为150—200m。查阅资料详细论证，我们一致认为在信号采集端变换为可控，可随信号流变的恒流源将有效的提高信号传输距离，满足要求，提高本项目性价比。电路如下 电路对原始信号进行了适当的放大，使其易于其后电路处理。 2:、两线制信号源电路 此部分电路可选择分立元件电路或是使用芯片电路：两线制V/I变换器 V/I 变换器是一种可以用电压信号控制输出电流的电路。两线制V/I变换器与一般V/I变换电路不同点在：电压信号不是直接控制输出电流，而是控制整个电路自身耗电电流。同时，还要从电流环路上提取稳定的电压为调理电路和传感器供电。附图是两线制V/I变换电路的基本原理图：图中OP1、Q1、R1、R2、Rs构成了V/I变换器。分析负反馈过程：若A点因为某种原因高于0V，则运放OP1输出升高，Re两端电压升高，通过 Re的电流变大。相当于整体耗电变大，通过采样电阻Rs的电流也变大，B点电压变低（负更多）。结果是通过R2将A点电压拉下来。反之，若A点因某种原因低于0V，也会被负反馈抬高回0V。总之，负反馈的结果是运放OP1虚短，A点电压＝0V。下面分析Vo对总耗电的控制原理：假设调理电路输出电压为Vo，则流过R1的电流 I1=Vo/R1 运放输入端不可能吸收电流，则I1全部流过R2，那么B点电压 VB= -I1*R2 = -Vo*R2/R1 取R1=R2时，有VB=-Vo 电源负和整个便送器电路之间只有Rs、R2两个电阻，因此所有的电流都流过Rs和R2。R2上端是虚地（0V），Rs上端是GND。因此R2、Rs两端电压完全一样,都等于VB 。相当于Rs与 R2并联作为电流采样电阻。因此电路总电流： Is=Vo/(Rs//R2) 如果取R2Rs，Is=Vo/Rs 因此，图3中取Rs=100欧，当调理电路输出0.4~2V的时候，总耗电电流4~20mA. 若不能满足R2Rs也没关系，Rs与 R2并联（Rs//R2）是个固定值，Is与Vo仍然是线性关系，误差比例系数在校准时可以消除。除了电路正确以外，该电路正常工作还需要2个条件：首先要自身耗电尽量小，省下的电流还要供给调理电路以及变送器。其次要求运放能够单电源工作，即在没有负电源情况下，输入端仍能够接受0V输入，并能正常工作。 LM358/324是最常见也是价格最低的单电源运放，耗电400uA/每运放，基本可以接受。单电源供电时，输入端从-0.3V~Vcc-1.5V范围内都能正常工作。如果换成OP07等精密放大器，因为输入不允许低至0V，在该电路中反而无法工作。 R5和U1构成基准源，产生2.5V稳定的基准电压。LM385是低成本的微功耗基准，20uA以上即可工作，手册上给出的曲线在100uA附近最平坦，所以通过R5控制电流100uA左右。OP2构成一个同向放大器，将基准放大，向调理电路及传感器供电。因为宽输入电压、低功耗的稳压器稀少，成本高；将基准放大作为稳压电源是一个廉价的方案。该部分电路也可以选择现成的集成电路。比如XTR115/116/105等，精度和稳定性比自制的好，自身功耗也更低（意味着能留更多电流给调理电路，调理部分更容易设计）。但成本比上述方案高10倍以上.分立元件电路如下： （二）：数字处理电路： 数字处理电路块，我们以89C52单片机为核心，AD0804，液晶1602及其周围元件组成，所耗费用为一般较低承受范围。 AD0804 电路图。 1602电路图。 三