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一種復(fù)合傳感器信號(hào)專用數(shù)字處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種復(fù)合傳感器信號(hào)專用數(shù)字處理系統(tǒng)，它由稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、譯碼器及其相連接的電路組成；稱重傳感器為64路；稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、緩沖器、二級(jí)濾波放大模塊依次相連接，并通過(guò)PCL數(shù)據(jù)總線與工控機(jī)相連接。譯碼器一端和PCL數(shù)據(jù)總線相連接，另一端通過(guò)片選器和電平觸發(fā)器相連接；電平觸發(fā)器連接在A/D轉(zhuǎn)換模塊上。本實(shí)用新型采用新的組成配置，具有64路信號(hào)單獨(dú)數(shù)字處理能力，保持系統(tǒng)所有傳感器的一致性，有效減少了因復(fù)合式傳感器的機(jī)械問(wèn)題所產(chǎn)生的信號(hào)誤差，實(shí)現(xiàn)了傳感器輸出信號(hào)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了稱重?cái)?shù)據(jù)高速、高精度采樣。
【專利說(shuō)明】一種復(fù)合傳感器信號(hào)專用數(shù)字處理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種數(shù)字處理系統(tǒng)系統(tǒng)，尤其涉及一種復(fù)合傳感器信號(hào)專用數(shù)字處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場(chǎng)上還未有復(fù)合傳感器64路專用數(shù)字處理系統(tǒng)，現(xiàn)有的處理系統(tǒng)扔采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，將傳感器信號(hào)并聯(lián)后以8路數(shù)據(jù)信號(hào)的形式直接傳輸給數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊采用基于ISA總線方式，CPU資源占用太高，數(shù)據(jù)傳輸帶寬太小，占用硬件中斷資源等。且由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾因素眾多，采集到的數(shù)據(jù)波動(dòng)大、穩(wěn)定性差、稱量精度低。無(wú)法全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)每一只傳感器的稱重狀態(tài)，從而不能保持各傳感器的一致性，無(wú)法在車輛運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?shù)據(jù)高速、高精度采樣。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了解決上述問(wèn)題中的不足之處，本實(shí)用新型提供了一種復(fù)合傳感器信號(hào)專用數(shù)字處理系統(tǒng)。
[0004]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種復(fù)合傳感器信號(hào)專用數(shù)字處理系統(tǒng)，它由稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、譯碼器及其相連接的電路組成；稱重傳感器為64路；稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、緩沖器、二級(jí)濾波放大模塊依次相連接，并通過(guò)PCL數(shù)據(jù)總線與工控機(jī)相連接。
[0005]譯碼器一端和PCL數(shù)據(jù)總線相連接，另一端通過(guò)片選器和電平觸發(fā)器相連接；電平觸發(fā)器連接在A/D轉(zhuǎn)換模塊上。
[0006]本實(shí)用新型采用新的組成配置，具有64路信號(hào)單獨(dú)數(shù)字處理能力，保持系統(tǒng)所有傳感器的一致性，有效減少了因復(fù)合式傳感器的機(jī)械問(wèn)題所產(chǎn)生的信號(hào)誤差，實(shí)現(xiàn)了傳感器輸出信號(hào)的穩(wěn)定性，提高了動(dòng)態(tài)稱重?cái)?shù)據(jù)精確度，數(shù)字處理系統(tǒng)基于PCL總線方式，傳輸速度更快，并對(duì)每一個(gè)傳感器的稱重狀態(tài)進(jìn)行全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了稱重?cái)?shù)據(jù)高速、高精度采樣。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0008]圖1為現(xiàn)有系統(tǒng)組合結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為本實(shí)用新型的組合結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3為本實(shí)用新型的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖4為PCL數(shù)據(jù)線信號(hào)輸入流程示意圖。
[0012]圖5為放大濾波電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖6為CS為低電平時(shí)的輸出轉(zhuǎn)換流程【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖2所示，本實(shí)用新型主要由64路稱重傳感器1、放大濾波模塊2、A/D轉(zhuǎn)換模塊3、譯碼器4及其相連接的電路組成。稱重傳感器1、放大濾波模塊2、A/D轉(zhuǎn)換模塊3、緩沖器5、二級(jí)濾波放大模塊6依次相連接，并通過(guò)PCL數(shù)據(jù)總線與工控機(jī)相連接。
[0015]譯碼器一端和PCL數(shù)據(jù)總線相連接，另一端通過(guò)片選器和電平觸發(fā)器相連接；電平觸發(fā)器連接在A/D轉(zhuǎn)換模塊上。
[0016]1、信號(hào)的傳輸
[0017]在稱重計(jì)量系統(tǒng)中，基礎(chǔ)稱重裝置的核心測(cè)量元件為多路稱重傳感器組合成的復(fù)合傳感器，將復(fù)合式傳感器模擬信號(hào)以64路數(shù)據(jù)信號(hào)輸出的形式，傳輸給復(fù)合傳感器信號(hào)專用數(shù)字處理系統(tǒng)?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖3。
[0018]2、譯碼信號(hào)選擇電路
[0019]由于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是基于PCL總線方式的數(shù)據(jù)采集，在工控機(jī)內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備都有獨(dú)立的地址。數(shù)字處理系統(tǒng)作為新添加的設(shè)備，也需要有固定的地址。
[0020]譯碼信號(hào)選擇電路的主要作用是通過(guò)譯碼器與控制電路，控制64路A/D轉(zhuǎn)換，通過(guò)片選器與譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)譯碼器信號(hào)的選擇。在PCL中地址線輸出不同的地址信號(hào)后，片選器都能夠準(zhǔn)確地觸發(fā)譯碼器的使能端。片選器選用74LS30芯片、74LS00芯片與短接開關(guān)。譯碼器選用多個(gè)74LS154芯片。其中74LS154是4-16譯碼器，兩個(gè)使能端都是低電平有效，四個(gè)信號(hào)輸入電平?jīng)Q定了低電平信號(hào)的輸出引腳。根據(jù)電平的排列選擇片選信號(hào)的輸出引腳。譯碼過(guò)程的最終結(jié)果是通過(guò)PCL地址線控制，將各路A/D芯片的數(shù)據(jù)傳輸至PCL總線。要使64路經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的16位數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)絇CL數(shù)據(jù)線，需要在譯碼環(huán)節(jié)后增加數(shù)據(jù)緩沖環(huán)節(jié)。
[0021]采用74LS244作為PCL數(shù)據(jù)緩沖器。74LS244是8輸入8輸出觸發(fā)器，片選端在低電平有效，其輸入端直接與16位A/D芯片中的八個(gè)并行引腳相連，輸出端與PCL數(shù)據(jù)線連接，片選端與譯碼器的輸出端連接。譯碼器通過(guò)PCL低四位地址線的分時(shí)選擇輸入，形成8個(gè)輸出端低電平的輪流輸出，以形成8個(gè)數(shù)據(jù)觸發(fā)器片選端的觸發(fā)。最終，通過(guò)數(shù)據(jù)緩沖器，PCL數(shù)據(jù)線上也可以依次得到64個(gè)A/D芯片的高8位與低8位信號(hào)。PCL數(shù)據(jù)線輸入結(jié)構(gòu)如圖4。
[0022]3、放大濾波模塊
[0023]放大濾波模塊為多級(jí)，多級(jí)放大濾波模塊是數(shù)字處理系統(tǒng)對(duì)傳感器輸出電壓進(jìn)行放大和濾波的電路模塊，此模塊最終產(chǎn)生的電壓最終輸入至A/D轉(zhuǎn)換模塊。因此，放大濾波模塊是A/D轉(zhuǎn)換模塊的基礎(chǔ)，此模塊的穩(wěn)定度關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精度。放大濾波模塊的設(shè)計(jì)方案為:經(jīng)過(guò)計(jì)算對(duì)傳感器產(chǎn)生的毫伏信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)基準(zhǔn)電壓對(duì)放大電路輸出值進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)濾波器對(duì)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換模塊的電壓進(jìn)行有源濾波。在設(shè)計(jì)放大濾波模塊中，除了選用品質(zhì)優(yōu)秀的放大器、濾波器外和毫伏信號(hào)放大之前先進(jìn)行R/C濾波電路，還要對(duì)放大倍數(shù)進(jìn)行計(jì)算。其中二級(jí)濾波放大電路是在模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化之后，進(jìn)入計(jì)算機(jī)前再進(jìn)行放大，配以RC形成的三階ButterWorith-Bessel復(fù)合濾波,有效減少紋波對(duì)采樣數(shù)據(jù)的干擾，保證幅頻和相頻的均衡性。多級(jí)放大濾波電路結(jié)構(gòu)如圖5。
[0024]傳感器的靈敏度S= 1.0mV/V;電源模塊選擇±5V作為供橋電壓，即輸入電壓Vi=IOVo于是，Vo = ViXS = 10mV。如果選用O?5V電壓接收范圍的A/D芯片，理論上至少需要放大300倍；而在設(shè)計(jì)中，考慮到更換不同靈敏度系數(shù)的傳感器與電壓反饋的影響，精密放大倍數(shù)?；鶞?zhǔn)電壓有非反饋式與反饋式兩種產(chǎn)生方式。非反饋式是將數(shù)字地作為放大器的基準(zhǔn)，通過(guò)INA128的電壓是相對(duì)地而言的；反饋式是將2.5V作為放大器的基準(zhǔn)，通過(guò)INA128的電壓就是相對(duì)此2.5V的。對(duì)于零點(diǎn)電壓為正的通道，可以應(yīng)用非反饋式；而對(duì)于零點(diǎn)電壓為負(fù)的通道，必須通過(guò)反饋式才能保證滿量程的輸出和準(zhǔn)確的線性。此外，數(shù)字處理系統(tǒng)選用300Ω的精密電阻作為INA128的放大電阻，通過(guò)公式最終可以放大152倍。這樣分別對(duì)64路傳感器信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)節(jié)，保持64路傳感器的一致性，有效減少因復(fù)合式傳感器的機(jī)械問(wèn)題所產(chǎn)生的信號(hào)誤差，實(shí)現(xiàn)傳感器輸出信號(hào)的穩(wěn)定性，提高動(dòng)態(tài)稱重?cái)?shù)據(jù)精確度。
[0025]數(shù)字處理系統(tǒng)選用INA128作為放大器，0PA2227作為濾波器與基準(zhǔn)電壓跟隨器。INA128是低功耗高精度的通用儀表放大器，它由三個(gè)放大器所共同組成，形成差分放大，其放大倍數(shù)最終取決于外接反饋電阻的阻值。0PA2227是雙路放大器，在內(nèi)部集成了兩個(gè)運(yùn)放A和B。運(yùn)放A對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行有源濾波；運(yùn)放B作為電壓跟隨器，穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓。
[0026]4、A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)
[0027]A/D轉(zhuǎn)換模塊是數(shù)字處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入信號(hào)是經(jīng)過(guò)放大濾波模塊的電壓信號(hào)，輸出端是若干位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。
[0028]在數(shù)字處理系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換模塊中，主要是設(shè)計(jì)出一種既要滿足動(dòng)態(tài)軌道衡較快的采樣速率，達(dá)到較高的轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)能夠?qū)CL數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸?shù)碾娐?。為了滿足以上要求，首先要選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換芯片，這種芯片必須是雙積分型、并行輸出，轉(zhuǎn)換精度在16位以上。我們選擇ADS7821作為A/D轉(zhuǎn)換芯片，它有如下特點(diǎn):
[0029]I)、16位并行輸出
[0030]2)、每秒鐘100KHZ的轉(zhuǎn)換速度
[0031]3)、0到+5V的電壓輸入范圍
[0032]4)、+5V的直流電壓供電
[0033]5)、內(nèi)部參考電壓與外部參考電壓的共存模式
[0034]在DOS環(huán)境下，程序不受計(jì)算機(jī)中斷等時(shí)序的影響，能夠直接對(duì)數(shù)字處理系統(tǒng)操作。因此，設(shè)計(jì)一套復(fù)合傳感器專用處理系統(tǒng)在DOS環(huán)境下運(yùn)行的專用程序，在Windows操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)、測(cè)試硬件。在DOS環(huán)境下,應(yīng)用Turbo C中的語(yǔ)法Data =inportb (Addr)可以得到輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，其中Addr是設(shè)備地址,在Turbo C程序設(shè)計(jì)中，inportb (7F0)能夠控制74LS221芯片產(chǎn)生R/C引腳所需要的低電平。CS為低電平時(shí)的轉(zhuǎn)換流程如圖6。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合傳感器信號(hào)專用數(shù)字處理系統(tǒng)，其特征在于:它由稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、譯碼器及其相連接的電路組成；所述稱重傳感器為64路；稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、緩沖器、二級(jí)濾波放大模塊依次相連接，并通過(guò)PCL數(shù)據(jù)總線與工控機(jī)相連接； 所述譯碼器一端和PCL數(shù)據(jù)總線相連接，另一端通過(guò)片選器和電平觸發(fā)器相連接；所述電平觸發(fā)器連接在A/D轉(zhuǎn)換模塊上。
【文檔編號(hào)】G01G23/00GK203798443SQ201320858860
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】顧佳捷 申請(qǐng)人:杭州振華工業(yè)稱重科技有限公司