第8章智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

1、第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 目目 錄錄 第1章 概 述 第2章 智能傳感器系統(tǒng)中經(jīng)典傳感技術(shù)基礎(chǔ) 第3章 不同集成度智能傳感器系統(tǒng)介紹 第4章 智能傳感器的集成技術(shù) 第5章 智能傳感器系統(tǒng)智能化功能的實現(xiàn)方法 第6章 通信功能與總線接口 第7章 智能技術(shù)在傳感器系統(tǒng)中的應(yīng)用 第第8 8章章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 第9章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 第第8 8章章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 要 點：u 智能傳感器系統(tǒng)外圍電路及抗干擾措施；u 基于DS18B20的分布式溫度測量系統(tǒng)；u 集成化智能傳

2、感器的應(yīng)用。 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 8.1 智能傳感器系統(tǒng)外圍電路及抗干擾措施智能傳感器系統(tǒng)外圍電路及抗干擾措施8.1.1 8.1.1 外圍電路外圍電路1 1、 數(shù)字電位器數(shù)字電位器 傳統(tǒng)的機(jī)械電位器屬于模擬式分立元件；缺點是：噪聲大、易污損、抗震動性能差、體積較大、需要手動調(diào)節(jié)、使用壽命較短。 數(shù)字電位器（Digital Potentiometer）亦稱數(shù)控可編程電位器，它是采用CMOS工藝制成的數(shù)字模擬混合信號處理集成電路，能在數(shù)字信號的控制下自動改變滑動端位置，獲得所需要的電阻值。 1）主要特點： a）輸入數(shù)字量，輸出模擬量，輸出是電阻值或電阻比率； b）調(diào)節(jié)精度高，可編程

3、，抗震動，不易污損，體積小，壽命長，逐步取代傳統(tǒng)機(jī)械電位器；第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 c）適配微處理器，通過串行總線來控制滑動端的位置。 d）內(nèi)部有E2PROM，用戶可對其進(jìn)行讀寫操作。掉電后能長期保存原有控制數(shù)據(jù)及滑動端位置不變。 e）使用靈活，用途廣泛?？蛇M(jìn)行串、并聯(lián)或混聯(lián)，可組成同軸電位器，可應(yīng)用于可編程增益放大器、頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、自動量程轉(zhuǎn)換、自動控制調(diào)節(jié)電路等。 f）低電壓、低功耗、超小型化。 2）產(chǎn)品分類及工作原理 芯片包含的電位器個數(shù)：1，2，4，6等； 線性與非線性（對數(shù)、指數(shù)型）之分； 內(nèi)部抽頭數(shù)：32，64，128，256，512，1024；抽頭數(shù)越多，精度越高；

4、有的帶有溫度補(bǔ)償及電壓基準(zhǔn)源； 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 廠家：Xicor、CATALYST、MAXIM、ADI等。 a）工作原理 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 b）數(shù)字電位器的誤差 引起電阻誤差的原因主要有兩個： 各電阻單元的誤差； 模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻值。 總誤差： ， ：i個單元的誤差系數(shù) 相對誤差： ， 則 3）應(yīng)用 a）可編程增益放大器1()nionirr i()onrnrnr n 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 2 2、 實時日歷時鐘電路實時日歷時鐘電路 1）產(chǎn)品分類及性能特點 內(nèi)置晶振電路、電池和非易失性SRAM，帶 接口。 性能特點：性能特點： a）高精度：

5、，年誤差在2min以內(nèi)； b）內(nèi)置32.768KHz晶振電路，能產(chǎn)生7種時標(biāo)信號，以BCD碼輸出； c）帶 串行總線接口，易于同單片機(jī)通信； d）內(nèi)含4Kbit256Kbit的SRAM，寫操作時無延時； e）內(nèi)置穩(wěn)壓電路和電源掉電檢測電路； f）低功耗，典型工作電流1.0 ，內(nèi)置電源管理電路； g）工作溫度范圍寬，工業(yè)品：-4085。 2）工作原理：（見下圖） 2I C64 10 2I CA第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 a）實時時鐘電路 由三位操作編碼可構(gòu)成對實時時鐘部分的8條操作指令，實時時鐘部分共包括4個寄存器：實時數(shù)據(jù)寄存器（56bit）；狀態(tài)寄

6、存器（8bit）；兩組報警時間/頻率事件設(shè)置寄存器（16bit）。 b）電池電壓檢測電路 每1s采樣一次，時間15.6ms，檢測到 V，停止采樣保持高電平，直到執(zhí)行初始化或讀狀態(tài)寄存器命令。 c）電源管理電路 3）應(yīng)用 SDA、SCL端口分別接單片機(jī)的兩個引腳， 口或 口均可。2.01P3P第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 3 3、 基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源 基準(zhǔn)電壓源的關(guān)鍵技術(shù)是電壓溫度系數(shù) ， 精密型（0.35） ,較精密型（1020） ，普通型（30100） ，又分固定型與可編程輸出可變型。1）帶隙基準(zhǔn)電壓源MC1403 ，U0變化0.0001V； 要求輸出高于2.5V，需經(jīng)放大器放大，T

7、610/610/610/610/1U :10V4.5V6T10 10/0f1U2.5 (1R /R）第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 0.6,0HTImA 2）LM399： ，內(nèi)帶恒溫器。 4 4、 集成恒流源集成恒流源 向集成化、多用途方向發(fā)展 目前有：恒流二極管（CRD）、恒流三極管（CRT）、三端可調(diào)恒流源、四端可調(diào)恒流源、高壓恒流源等恒流器件。 a）恒流二極管及應(yīng)用（見下圖）60.3 10/T()/IREFRRUUI0.6,0HTImA第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 恒流二極管只能提供幾毫安的電流，耐壓幾十伏。 HFE HIhI第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 b）恒流三極管的

8、應(yīng)用 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 c）可調(diào)精密集成恒流源應(yīng)用 為設(shè)定電阻，改變二者的電阻比即可調(diào)節(jié) ，（ 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。4DH54DH5： ，當(dāng) 時 紅外光測量儀中紅外發(fā)射管，需用恒流源供電。 ， 時， ， 。 12SETSETRR，T2.0 0.2)%/12540/600/()HSETSETIRRmA21/1.26SETSETRR0T120SETR225SETR50HImA0T第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 5 5、 精密精密 、 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 廣泛用于測控系統(tǒng)以及調(diào)制解調(diào)器中，以AD650為例作簡要說明。 1）性能特點 a）采用電荷平衡式 （即A/D）轉(zhuǎn)換原理，輸入為單級性電壓、

9、雙極性電壓或差分電壓，輸出為矩形波，轉(zhuǎn)換精度達(dá)14bit； b）非線性誤差小，頻率范圍寬。對應(yīng)0.002，0.005，0.007分別輸出10KHz，100KHz，1MHz； c）通過外接元器件的變化，可構(gòu)成 或 轉(zhuǎn)換器； d）采用集電極開路輸出，輸出端經(jīng)上拉電阻外接電源，能與CMOS、TTL電路兼容。 2）原理及應(yīng)用UffUUfUffU第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 a）原理 ：PF單位，44PF為 引腳的分布電容。 ：與輸出頻率無關(guān)，它僅僅決定鋸齒波幅度的大小。 1210.1511(44)ININHINTIUOUTTTTT IRCfTCTCINTC第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 b）

10、輸入雙極性電壓的 轉(zhuǎn)換電路 R1=5.1K；R2=37.4K。Uf第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 c） 轉(zhuǎn)換器 fU第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 8.1.2 8.1.2 智能傳感器系統(tǒng)的抗干擾措施智能傳感器系統(tǒng)的抗干擾措施 智能傳感器系統(tǒng)是模擬電路與數(shù)字電路并存，包含了多種不同功能的電路部件和器件，在工業(yè)環(huán)境下遠(yuǎn)距離傳輸信號時，不僅容易受到外界干擾，而且系統(tǒng)本身也會產(chǎn)生干擾。為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須有效地抑制各種干擾，優(yōu)化電路設(shè)計和軟件設(shè)計。1 1、 電磁兼容性概述電磁兼容性概述 1）概念 包含了三個方面的內(nèi)容： a）電子設(shè)備應(yīng)有抑制外部電磁干擾的能力； b）該電子設(shè)備所產(chǎn)生的電磁

11、干擾應(yīng)低于規(guī)定的限度，不得影響同一電磁環(huán)境中其它電子設(shè)備的正常工作； c）任何電子設(shè)備的電磁兼容性都是可以測量的。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 2）研究領(lǐng)域 主要包括電磁干擾的產(chǎn)生與傳輸、電磁兼容性的設(shè)計（含制定標(biāo)準(zhǔn)）、電磁干擾的診斷與抑制，電磁兼容性的測試（含實驗）。 3）設(shè)計 首先學(xué)習(xí)并掌握有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定，然后參照實際電磁環(huán)境來提出具體要求，制定技術(shù)和工藝上的實施方案。 在設(shè)計電子儀器設(shè)備時，應(yīng)重點考慮電路設(shè)計、隔離、退耦、濾波、接地、屏蔽以及射頻資源的分配等問題，如用COMOS電路代替TTL電路，用固態(tài)繼電器代替電磁繼電器等。 4）測量 測量是對設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計做出評價的重要依

12、據(jù)。分發(fā)射試驗和敏感度試驗。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 2 2、 電磁干擾濾波器電磁干擾濾波器 電磁干擾濾波器（EMI Filter）能有效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高電子設(shè)備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性。 電源噪聲屬于射頻干擾（RFI），是電磁干擾的一種，頻譜為10KHz30KHz，它具有雙向性。 串模干擾與共模干擾 電磁干擾濾波器應(yīng)符合電磁兼容性（EMC）的要求，必須是雙向射頻濾波器。 1）原理電路第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 L的電感量大小與額定電流I有關(guān)，I1A，L823mH；I10A，L0.20.3mH，L主要用來抑制共模干擾。 主要用來濾除串模干擾； 的連接方式可有效抑制共模干

13、擾。 2）主要技術(shù)參數(shù) 額定電壓、額定電流、漏電流、測試電壓、絕緣電阻、直流電阻、使用溫度范圍、工作溫升、插入損耗（ ）、外形尺寸、重量。 插入損耗（ ）是頻率的函數(shù)，用dB表示： ， 是濾波器插入前后傳輸?shù)截?fù)載上的噪聲功率。一般可將1MHz30MHz的噪聲電壓衰減65dB。 12CC、34CC、dBAdBA112210lg20lgPUdBPUA12PP、 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 3 3、 智能傳感器系統(tǒng)的接地智能傳感器系統(tǒng)的接地 系統(tǒng)“地”的概念有兩種：一種是“參考地”，另一種是“大地”。這里講的接地指“大地”。 1）接地的作用及方式 作用：作用：a）安全；b）抑制干擾。 接地方

14、式有保護(hù)性接地和功能性接地之分：接地方式有保護(hù)性接地和功能性接地之分： a）保護(hù)性接地：防觸電接地、防雷擊接地、防靜電接地。 b）功能性接地：信號地、數(shù)字地、功率地、交流地、屏蔽地。 傳輸信號的頻率高低決定了不同的接地方式。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 ，單點接地，接地點靠近信號測量端，屏蔽雙絞線； ，多點接地，可分別在信號源端和測量端接地，連接介質(zhì)為雙絞線或同軸電纜。 另外還分并聯(lián)或串聯(lián)或單點接地、多點接地和環(huán)形接地。 2）智能傳感器系統(tǒng)的接地 a a）信號接地：）信號接地：給回路確定一個參考電位，使電路工作于穩(wěn)定狀態(tài)并能比較信號的有無及大小。 b b）功率接地：）功率接地：指電源回路

15、的接地。一般要將系統(tǒng)內(nèi)的信號地與功率地分開布置，最后在輸出端匯合。因為功率地線上一般有大電流，在導(dǎo)線上的壓降如被引入信號端，會影響系統(tǒng)信號的穩(wěn)定性。 c c）智能傳感器系統(tǒng)的接地：）智能傳感器系統(tǒng)的接地：主要考慮信號頻率、接地線的長度、寬度、系統(tǒng)的靈敏度之間的相互關(guān)系；接地電極的形狀；輻射式接地系統(tǒng)等。 1sfMHz1sfMHz 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 4 4、 智能傳感器的屏蔽智能傳感器的屏蔽 屏蔽是保護(hù)電路、設(shè)備、傳輸線等不受靜電場、電磁場或磁場干擾的一種手段。 1）分類： a a）靜電屏蔽：）靜電屏蔽：消除靜電場的影響，用良導(dǎo)體制成并通過接地達(dá)到屏蔽效果。 第8章 智能傳感器

16、系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 b b）磁屏蔽：）磁屏蔽：抑制低頻磁場干擾，用高磁導(dǎo)率材料制成，能防止磁感應(yīng)的產(chǎn)生。 c c）電磁屏蔽：）電磁屏蔽：用于抑制高頻磁場干擾，用良導(dǎo)體制成，對電磁波起到反射和吸收的作用。 2）靜電放電的保護(hù) CMOS電路中輸入端防靜電的三極管電阻雙向保護(hù)電路。 的正向壓降： 0.7V，反向擊穿電壓： 在智能傳感器系統(tǒng)中經(jīng)常用的屏蔽有導(dǎo)線的屏蔽、元器件的屏蔽 、DUFU30BRUV第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 放大器的屏蔽、振蕩電路的屏蔽、電橋電路的屏蔽等。 3）磁屏蔽 分低頻和高頻，主要指電源變壓器和發(fā)射天線部分。5 5、 智能傳感器系統(tǒng)的抗干擾措施智能傳感器系統(tǒng)的抗干擾措

17、施 1）干擾的成因 a）電網(wǎng)干擾：主要指浪涌電壓和電磁干擾； b）傳輸線干擾：在 輸入、輸出口線上形成的干擾，與傳輸線的長度、連線方式等有關(guān)； c）空間電磁波干擾； d）機(jī)內(nèi)干擾：由內(nèi)部不同功能的電子元器件和部件產(chǎn)生。 2）電路設(shè)計中的抗干擾措施 a）切斷干擾的傳播途徑 具體的通過采用屏蔽、接地、功能分區(qū)、隔離、合理布線、 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 使用抗干擾元件等措施切斷干擾的傳播途徑。 b）盡量采用抗干擾性能強(qiáng)的單片機(jī) 降低系統(tǒng)內(nèi)部的電源噪聲； 降低時鐘頻率（68HC08單片機(jī)外部時鐘32KHz，內(nèi)部總線8MHz）； EFT技術(shù)（Electrical Fast Transient

18、） 消除尖峰干擾對時鐘信號的影響。 c）頻率抖動技術(shù) 將頻率抖動信號疊加到隨機(jī)信號噪聲上，以使ADC的量化噪聲與輸入信號無關(guān)，消除ADC輸出的諧波分量。 d）防止漏電流技術(shù) 通過設(shè)置防止極間漏電用的保護(hù)環(huán)。 e）濾波技術(shù) 無源濾波器、有源濾波器、數(shù)字濾波器。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 f）隔離技術(shù) 光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離、布線隔離。 g）抑制傳輸線上的干擾 雙絞線：頻帶較窄，波阻抗高，抗共模干擾能力強(qiáng)。對于長傳輸線使用時要注意阻抗匹配問題，以消除反射波。 h）正確選擇接地點 i）傳感器的屏蔽 j）塑料機(jī)箱的屏蔽 k）元器件的選擇 盡量采用金屬膜電阻和低噪聲的有源器件，積分電容

19、宜選用漏電小、介質(zhì)損耗因數(shù)低的聚丙烯或聚苯乙烯電容； 能用低速的器件就不用高速器件。 l）消噪電路 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 消噪電容：0.1F；CMOS電路代替TTL電路。 m）電源退耦電容 在電源進(jìn)線端并聯(lián)一只10F100F的鉭電容，進(jìn)行電源退耦；在每個芯片的電源進(jìn)線端并聯(lián)一只高頻、低分布電感的陶瓷電容，0.1F， 時，0.01F。6 6、 軟件抗干擾措施軟件抗干擾措施 1）數(shù)字濾波器 2）軟件看門狗防止CPU進(jìn)入死循環(huán)或程序跑飛 3）指令冗余技術(shù) NOP指令的使用，或有效單字節(jié)指令重寫，有助于程序跑飛后恢復(fù)正常，消除隨機(jī)干擾。 4）軟件陷阱技術(shù) 跑飛的程序進(jìn)入非程序區(qū)或表格區(qū)時

20、，通過設(shè)置軟件陷阱可將程序引向 15sfMHz第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 某一指定位置，對程序出錯進(jìn)行處理。 5）多次采樣技術(shù) 消除尖脈沖干擾。 6）延時防止抖動技術(shù) 在已知某些干擾要發(fā)生的情況下，使CPU暫停正常工作，待干擾過后再恢復(fù)工作。 7）定時刷新輸出口 防止干擾對用鎖存器控制輸出口信號輸出的影響。7 7、 系統(tǒng)的安全性系統(tǒng)的安全性 1）安全標(biāo)準(zhǔn) IEC950標(biāo)準(zhǔn)，分泄漏電流、耐壓、絕緣電阻、接地電阻等項。 2）安全認(rèn)證 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 a）CCEC認(rèn)證：中國電工產(chǎn)品安全認(rèn)證委員會（CCEC）,又稱長城認(rèn)證； b）UL認(rèn)證：美國保險商實驗所（UL）； c）C

21、B認(rèn)證：國際電工委員會電工產(chǎn)品安全認(rèn)證組織（IECEE）； d）GS認(rèn)證：德國萊茵技術(shù)監(jiān)督公司（TUV）； e）FCC認(rèn)證：電子產(chǎn)品的抗電磁干擾能力。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 8.2 基于智能溫度傳感器的分布式溫度測量系統(tǒng)基于智能溫度傳感器的分布式溫度測量系統(tǒng)8.2.1 8.2.1 基于基于1Wire1Wire總線的總線的DS18B20DS18B20型智能溫度傳感器型智能溫度傳感器1 1、 DS18B20DS18B20的性能特點的性能特點 是DALLAS公司繼DS1820之后推出的改進(jìn)型，在原來的基礎(chǔ)上有如下改進(jìn)： 1）供電電壓：3.0V5.5V，在-10+85范圍內(nèi)，測量誤差 Re

22、set Reset PulsePresence Presence Pulse 55h 發(fā)送“Match ROM”命令 (64位ROM碼) 傳輸DS18B20地址 BEh 發(fā)送“Read Scratch Pad”命令(9個數(shù)據(jù)字節(jié)) 主機(jī)讀9個字節(jié)暫存器的數(shù)并 計算前8個字節(jié)的CRC碼，若 相同，繼續(xù)，若不同，讀操 作重復(fù)。Reset Reset Pulse Presence Presence Pulse，done convt xTxRxTxTxTxTxRxRxT第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 b）總線主機(jī)寫存儲器（假定總線供電，只有一只DS18B20） 主機(jī)模式 數(shù)據(jù)（低位在前） 說明 R

23、eset Reset Pulse （480960s） Presence Prsence Pulse CCh Skip ROM命令 4Eh Write Scratch pad command (3個數(shù)據(jù)字節(jié)) ，Config Reset Reset Pulse Presence Prsence Pulse CCh BEh 讀暫存器命令 ,HLTT xTxRxTxTxTxRxTxTxT第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 (9個數(shù)據(jù)字節(jié)) Reset Reset Pulse Presence Prsence Pulse CCh 48h（拷貝暫存器命令，在發(fā)出該命令 后，主機(jī)必須等待10ms保證該命令

24、執(zhí)行完。 Reset Reset Pulse Presence xRxRxRxTxTxTxT 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 3 3、 一線式網(wǎng)絡(luò)一線式網(wǎng)絡(luò) 1）一線式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?a）線性拓?fù)?b）分支拓?fù)?c）星形拓?fù)?2）一線網(wǎng)絡(luò)術(shù)語 “radius”和“weight” radius：指主機(jī)末端與最遠(yuǎn)節(jié)點從器件之間的連線長度。 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 Weight：指網(wǎng)絡(luò)中所有連線的總長，單位：米。 如星形網(wǎng)絡(luò)，有3個分支，長度分別為10m，20m，30m，則： radius30m，weight=60m 一般，網(wǎng)絡(luò)的總長度受限于電纜的上升時間，而半徑確定了信號反射的最快時間。

25、 從理論上，一線式網(wǎng)絡(luò)的radius可以大于750m，但由于電纜引入的時間延遲使得通信協(xié)議失效。實際上考慮到其它一些影響因素，實際值要小。 3）從器件weight 每增加一個從器件，相當(dāng)于要使網(wǎng)絡(luò)的weight減少10.5m，這主要是受分布電容的影響，對于連接電纜的分布電容一般為24PF/m（5類雙絞銅線）。 4）開關(guān)網(wǎng)絡(luò) （見下圖）第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 6）總線供電問題 在網(wǎng)絡(luò)上的從節(jié)點器件均從總線上吸收電源時，若因總線上傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)致供電不足時，會影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。 7）分布式阻抗匹配 采用下圖可以降低反射影響，但同時也會降低信噪比。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 4 4

26、、 接口驅(qū)動接口驅(qū)動 1）典型CPU端口連接口 2）改進(jìn)型CPU總線接口第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 3）高級一線式網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 4）采用串行接口適配器DS2480B的驅(qū)動電路（用于短連接介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)（1100m） 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 PPTPPT系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器的典型應(yīng)用系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器的典型應(yīng)用 PPT模擬輸出的配置 遠(yuǎn)程模擬壓力信號的傳輸與記錄 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4Y44Y4型智能化超聲波測距集成電路型智能化超聲波測距集成電路 4Y4的性能特點 4Y4的工作原理 單片液晶顯示測距儀ACS750ACS750型集成電流傳感器型集成電流

27、傳感器 交流電流檢測技術(shù) ACS750型集成電流傳感器的原理與應(yīng)用 8.3 集成化智能傳感器的應(yīng)用集成化智能傳感器的應(yīng)用第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 AD693AD693型多功能傳感信號調(diào)理器型多功能傳感信號調(diào)理器 AD693的性能特點 AD693的工作原理 AD693的典型應(yīng)用 AD693在電子測量儀器中的應(yīng)用APMS10GAPMS10G型帶微處理器的智能混濁度傳感器型帶微處理器的智能混濁度傳感器 APMS10G的性能特點 APMS10G的測量原理 APMSKIT.exe軟件的安裝使用及通信協(xié)議 使用注意事項第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 8.3.18.3.1 PPTPPT系列網(wǎng)絡(luò)

28、化智能壓力傳感器的典型應(yīng)用系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器的典型應(yīng)用1 1、 PPT PPT系列傳感器簡介系列傳感器簡介: : （1） PPT系列傳感器采用鋼膜片,帶RS232接口,傳感器距離不超過18m,適合測量快速變化或緩慢變化的各種不易燃、無腐蝕性氣體或液體的壓力、壓差及絕對壓力，測量精度高達(dá) 0.05。 （2）它屬于網(wǎng)絡(luò)傳感器。 （3）能輸出經(jīng)過校準(zhǔn)后的壓力數(shù)字量和模擬量。 （4）可通過接口電路與PC機(jī)進(jìn)行串行通信。 （5）有12種壓力單位可供選擇。 （6）利用內(nèi)部的集成溫度傳感器來檢測傳感器溫度并對壓力進(jìn)行補(bǔ)償。 （7）電源電壓的范圍是+5.5V+30V，工作電流為15mA30mA，工作溫度

29、范圍是40 +85 。 第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 2 2、 PPT PPT模擬量的輸出模擬量的輸出 單獨(dú)使用一個PPT，能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬式壓力傳感器。其最大優(yōu)點是不需要校準(zhǔn)即可達(dá)到高精度指標(biāo)。PPT模擬輸出與測量儀表的接線如下圖所示： 用戶既可通過數(shù)字電壓表（DVM）讀取壓力的精確值，亦可利用模擬式電壓表（V）來觀察壓力的變化過程及變化趨勢。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 對PPT進(jìn)行設(shè)置后，它還能在傳送壓力數(shù)據(jù)的同時，接收來自控制處理器的閥門控制信號，以實現(xiàn)壓力自動調(diào)節(jié)，具體接線如下圖所示，這對于壓力測控系統(tǒng)非常有用。閥門控制數(shù)據(jù)可以和壓力數(shù)據(jù)無關(guān)。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計

30、與應(yīng)用 3 3、 遠(yuǎn)程模擬壓力信號的傳輸與記錄遠(yuǎn)程模擬壓力信號的傳輸與記錄 PPT的模擬信號可直接送給記錄儀來記錄壓力波形，但在遠(yuǎn)距離傳輸模擬信號時很容易受線路干擾及環(huán)境噪聲的影響，還會造成信號衰減。可按下圖連接，這種方法適用于RS485接口，傳輸距離可達(dá)數(shù)千米。若采用RS 232接口的PPT系列傳感器，需增加驅(qū)動器和中繼器。該方案傳輸速率快，當(dāng)波特率選28800bit/s時，數(shù)據(jù)傳輸所造成的延遲時間不超過2ms。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 下面是遠(yuǎn)距離傳輸?shù)脑O(shè)定指令表，假定PPT1和PPT2在同一組。 PPT與主機(jī)的接線如下圖所示，圖中D9、D25分別代表主機(jī)上的9針插座和25針插座

31、。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 123456PPTRS 232發(fā) 送RS 232接 收外 殼 地電 源 及 信 號 公 共 地直 流 電 源 輸 入模 擬 電 壓 輸 出D9插 座引 腳引 腳D25插 座屏 蔽 地2 33 25 7主 機(jī)RS 232發(fā) 送RS 232接 收信 號 地 5V 30V電 源模 擬 地0 5V輸 出PPT與 主 機(jī) 的 接 線 圖第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 4 4、 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 1）RS232環(huán)形網(wǎng)絡(luò) RS232環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的起點和終點都在TXD、RXD和GND接口線上。其特點是網(wǎng)絡(luò)接口可接多臺PC機(jī)的串行接口。具有6個PPT單元的RS232環(huán)形網(wǎng)絡(luò)

32、如下圖所示：第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 該例中，各PPT單元的ID地址是從主機(jī)接口開始按照環(huán)形順序排列的，從01開始，到06終止。兩個組地址分別為91、93，每組有3個PPT單元被分配地址。為使PPT單元能單獨(dú)接收主機(jī)指令，每個PPT單元必須有惟一的地址。一旦有幾個PPT單元設(shè)定的地址相同，那么當(dāng)主機(jī)發(fā)出該地址指令時，只有最先接收到主機(jī)的那個PPT單元能收到該指令，指令也就不再往下傳送。該網(wǎng)絡(luò)的另一個特點就是能對每個PPT單元自動分配ID地址。 例如用*99ID=1的指令將ID01分配到PPT1時，其余PPT的ID地址就依次遞加1。最終返回主機(jī)時它讀出的結(jié)果就變成*99ID=7，主機(jī)自

33、動編址為07。當(dāng)主機(jī)傳送一條組地址（*90*98）指令時，該指令就依次傳給環(huán)路中的每個PPT單元，只有符合該組地址的PPT單元才能讀到這條指令。僅當(dāng)主機(jī)發(fā)出全局地址（*99）指令時，全部PPT單元都能響應(yīng)。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 2）RS485多點網(wǎng)絡(luò) RS485多點網(wǎng)絡(luò)是以主機(jī)為起點、以距主機(jī)最遠(yuǎn)點為終點，它采用多點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，亦稱星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)不僅傳輸距離遠(yuǎn)，而且在不斷開網(wǎng)絡(luò)的情況下就能增、減PPT的數(shù)目。該網(wǎng)絡(luò)最多只能連接32個PPT單元，利用中繼器可擴(kuò)展到89個PPT單元。在RS485的始端與末端，需分別并聯(lián)一只120的電阻作為匹配電阻。 具有6個PPT單元的RS485

34、多點網(wǎng)絡(luò)如下所示。在該網(wǎng)絡(luò)中，各PPT單元的ID地址可以不按照順序排列。下面通過一個例子來介紹傳輸全局地址及分配組地址的過程：首先傳送全局指令*99WE和*99S=00001234，這將使ID號為#00001234的PPT單元在下一條指令之前指定自己的ID號，并做好接受新指令的準(zhǔn)備。然后傳送*99WE， *99ID=02，*02WE和*02SP=ALL指令，完成設(shè)備ID的地址分配。只要在RS485網(wǎng)絡(luò)上重復(fù)上述過程，即可完第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 成設(shè)備ID的地址分配工作；分配組地址：一旦設(shè)置好設(shè)備的ID，即可進(jìn)行組ID的分配。同一組中的每個PPT單元必須有一個始于01的子地址。子地

35、址將告知每一個PPT單元在組地址指令中的響應(yīng)順序。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 若要設(shè)置設(shè)備ID=02的組地址為91，子地址為01，可傳送下述命令：*02WE，*02ID=9101， *02WE， *02ISP=ALL。當(dāng)?shù)谝粭l指令傳送到第91組時，ID=02的單元就會第一個做出響應(yīng)。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 8.3.2 4Y48.3.2 4Y4型智能化超聲波測距集成電路型智能化超聲波測距集成電路 簡簡 介：介： 4Y4是中澳合資上海雷博（LEBOK）電子有限公司繼4Y2、4Y3之后開發(fā)出的一種新型測距集成電路。它采用了超聲波測量領(lǐng)域中的多項新技術(shù)，具有高性能、多功能、智能化、

36、低成本等顯著特點，可用于對距離進(jìn)行檢測、控制及報警。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 1 1、 4Y4 4Y4的性能特點的性能特點 （1）芯片內(nèi)部有推挽式功率放大器，能直接驅(qū)動發(fā)送器，此外還有三級交流放大器及限幅電路，可直接配接收器，使外圍電路大為簡化。 （2）可選擇低速測量（1次/s）、高速測量（16次/s）兩種模式。具有區(qū)間指示/LCD數(shù)字顯示/BCD碼三種輸出方式。 （3）具有低電壓檢測、自動關(guān)機(jī)、讀數(shù)保持、自動報警、單音或復(fù)音輸出、芯片自檢等功能，操作非常簡單。 （4）抗干擾能力強(qiáng)。內(nèi)部有按鈕開關(guān)防抖動及按鈕計數(shù)電路，在操作按鈕時所產(chǎn)生的開關(guān)抖動信號不會造成誤動作。 （5）外圍電路簡

37、單，僅需配少量元器件即可構(gòu)成單片液晶顯示測距儀。 （6）電源電壓可選3V，最高不超過6V。平均工作電流僅為140A，但在發(fā)射過程中的瞬間電流卻可達(dá)到15mA，自動關(guān)機(jī)之后的待機(jī)電流低至1 A。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 2 2、 4Y4 4Y4的工作原理的工作原理 1）引腳功能 4Y4采用40腳扁平封裝，引腳排列如下圖所示。110112021313040ANINL4/D44Y4L5/D5L6/D6CSNCS2CSFJIN2IN1POPCOM1DC0DC1DB0DB1DA0DA1COM2GNDL2/D2L1/D1L0/D0BP/LATBPN/L7BPDLIGHTLBSETXT1XT2UD

38、DSEG2SEG1DC3DC2DB3DB2DA3DA2L3/D3 UDD、GND端分別接3V電源和地。ANIN為按鈕信號輸入端，內(nèi)有下拉電阻，懸空時呈低電平。L0/D0L6/D6分別為6個區(qū)間指示/BCD碼輸出端，L0L6所對應(yīng)的區(qū)間為020cm、20cm 40cm、40 60cm、60 80cm、80 100cm、100cm 120cm和120cm 140cm；而D0 D6分別對應(yīng)于第0位和第6位的BCD碼。CS為超聲波發(fā)送端，接發(fā)送器。CS2為超聲波發(fā)送端2，該端經(jīng)過電阻接CS端，對發(fā)射完超聲波以后的“余振”現(xiàn)象有抑制作用。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 CSN為反相輸出的發(fā)送端，它與

39、CS端一起組成推挽式功率輸出端，該端應(yīng)接發(fā)送器外殼。IN1和IN2分別為接收放大器的輸入、輸出端，接收器就接在IN1與地之間。POP為復(fù)位/設(shè)置端。COM1、COM2為LCD上的兩個公共電極。DA0DA3、DB0 DB3、DC0 DC3分別為顯示個位到千位的液晶筆段驅(qū)動端。SEG1、SEG2為標(biāo)志符驅(qū)動端。XT1、XT2分別為晶振輸入端、晶振輸出端，接455kHz壓電陶瓷濾波器。LBSET為低電壓檢測端，用于設(shè)定低電壓報警的閥值電壓。LIGHT為路燈控制信號端。BPD為門鈴控制信號輸出端。BP/LAT為音頻信號輸出/數(shù)據(jù)鎖存端，可驅(qū)動蜂鳴器或揚(yáng)聲器。BPN/L7為音頻信號的反相輸出端/第七位的

40、BCD碼輸出端，它采用推挽式音頻輸出電路，可輸出2.5kHz的單音，也可輸出由1.25kHz與2.5kHz混合而成的復(fù)音。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 2）4Y4的工作原理 4Y4的工作原理是首先發(fā)送一束超聲波，然后由接收器接收從目標(biāo)物體反射的回波信號，再利用計數(shù)器算出從開始發(fā)射直至接受到回波信號的時間間隔t。 t與目標(biāo)距離成正比。 a）工作模式的設(shè)置 POP狀態(tài)ANIN端狀態(tài)芯片功能優(yōu)先級接高電平16次/s高速測量，連續(xù)測量，不能自動關(guān)機(jī)，輸出的BCD碼代表以m或dm作為單位的距離316次/s高速測量，連續(xù)測量，不能自動關(guān)機(jī)，輸出的BCD碼代表以cm或dm的數(shù)值（注意是cm在前，dm在

41、后）316次/s高速測量，連續(xù)測量，不能自動關(guān)機(jī)，從L0L6端可分別輸出區(qū)間距離信號，每段距離為20cm 3接中電平接低電平（默認(rèn)）接低電平第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 POP與ANIN均為三態(tài)輸入端。POP端內(nèi)部有上拉電阻，該端懸空時呈高電平，利用芯片內(nèi)部的電平監(jiān)測器可檢測出高、中、低三個電平，設(shè)置不同功能。在POP端與地之間接一只電容，即可實現(xiàn)上電復(fù)位。ANIN端的電路結(jié)構(gòu)和POP端相似，區(qū)別是內(nèi)部有一只下拉電阻，懸空時呈低電平。 b）聲隔離技術(shù)POP狀態(tài)ANIN端狀態(tài)芯片功能優(yōu)先級接固定值將芯片復(fù)位1接兩次高電平將芯片復(fù)位，進(jìn)入自測試狀態(tài)2接中電平打開電源，開始測量開機(jī)測量后再次按

42、下按鈕即進(jìn)入讀數(shù)保持狀態(tài)34接高電平接兩次高電平連續(xù)3次快速的按下按鈕，芯片即進(jìn)入連續(xù)測量狀態(tài)（不能自動關(guān)機(jī)）5不能自動關(guān)機(jī)自動關(guān)機(jī)，開機(jī)后經(jīng)過11s關(guān)機(jī)35接三次高電平接中電平接低電平（默認(rèn)）接高電平（默認(rèn)）第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 4Y4專門設(shè)置了一個靜音周期，可實現(xiàn)發(fā)送器與接收器之間的“聲隔離”。4Y4在發(fā)出一束超聲波之后并不立即進(jìn)入接收狀態(tài)，而是在靜音周期內(nèi)將發(fā)送器與接收器的全部腳對地短路，使之不起作用，這樣即可因避免發(fā)射波繞射到接收器而引起的“余振”現(xiàn)象。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 110112021313040ANINL4/D44Y4L5/D5L6/D6CSNCS

43、2CSFJIN2IN1POPCOM1DC0DC1DB0DB1DA0DA1COM2GNDL2/D2L1/D1L0/D0BP/LATBPN/L7BPDLIGHTLBSETXT1XT2UDDSEG2SEG1DC3DC2DB3DB2DA3DA2L3/D3去LCDBLVT1VT2E3VR5 1kR65.1kC1200pC2200p（JT）455kHzC4400去LCDC31000p接收器R41MR3 1MR2 5.6kR1 200發(fā)送器SB由4Y4構(gòu)成單片液晶顯示測距儀的電路3 3、 單片液晶顯示測距儀單片液晶顯示測距儀 下圖為4Y4構(gòu)成單片機(jī)液晶顯示測距儀的電路。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 該

44、儀器主要包括超聲波發(fā)送器、接收器、LCD顯示器、按鈕開關(guān)和蜂鳴器（或揚(yáng)聲器），為了簡化引線，4Y4直接焊在LCD顯示板的背面。上圖中，4Y4的第24腳、第8腳、第2326腳和第2830腳不用。R1為發(fā)送電路的限流電阻。R2R4為接收放大器的外部元件。C3為開機(jī)自動復(fù)位電容。晶振電路采用廉價的455kHz壓電陶瓷濾波器來代替石英晶體（JT），C1和C2為振蕩電容。SB為按鈕開關(guān)。C4為電源退耦電容。4Y4只能驅(qū)動壓電陶瓷蜂鳴器或微型訊響器，為了驅(qū)動揚(yáng)聲器，還需要增加一級達(dá)林頓管（VT1、VT2）作為功率放大使用。R6為VT1的限流電阻。 根據(jù)實際需要，4Y4還可接外部發(fā)送電路或接收電路。第8章

45、智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 8.3.3 ACS7508.3.3 ACS750型集成電流傳感器型集成電流傳感器 簡簡 介：介： ACS750是美國快捷微系統(tǒng)公司（Allegro MicroSystems.Inc.)新推出的由精密線性霍爾集成電路構(gòu)成的隔離式電流傳感器。它適用于汽車及工業(yè)系統(tǒng)中的電流檢測、電機(jī)控制、過程控制、伺服系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換、電池轉(zhuǎn)換、電池監(jiān)控、過電流保護(hù)等領(lǐng)域。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 1 1、 交流電流檢測技術(shù)交流電流檢測技術(shù) 1）交流電流檢測技術(shù) 交流電流的檢測方法主要有以下三種： a）利用分立式傳感電阻檢測交流電流。 b）利用電流互感器（CT）測交流電流。 CT

46、屬于不用驅(qū)動電路的無源設(shè)備，其測量原理是根據(jù)電磁感應(yīng)定律首先將一次側(cè)電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)電流，然后利用交流電流表去測量二次側(cè)電流，再根據(jù)變流比換算成一次側(cè)電流值。 c）利用霍爾傳感器測交流電流（分開環(huán)、閉環(huán)兩種）。傳 感 器 種 類測 量 原 理電 流 隔 離功 耗體 積成 本測 量 電 流 范 圍傳 感 電 阻電 流 互 感 器開 環(huán) 霍 爾 電 流 傳 感 器閉 環(huán) 霍 爾 電 流 傳 感 器歐 姆 定 律電 磁 感 應(yīng) 定 律霍 爾 效 應(yīng)霍 爾 效 應(yīng)不 隔 離隔 離隔 離隔 離高中 高最 低低小大小小低高較 低較 高 20A(DC 100kHz) 1000A(AC) 1000A(DC 2

47、0kHz) 500A(DC 150kHz)幾 種 常 用 電 流 傳 感 器 的 性 能 比 較第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 2）集成電流傳感器的名詞術(shù)語 輸出電壓靈敏度：輸出電壓靈敏度：當(dāng)一次側(cè)導(dǎo)線上的電流變化1A時所對應(yīng)的傳感器輸出電壓變化量，被稱作輸出電壓靈敏度，其單位是mV/A。 線性度：線性度：表示滿量程時傳感器輸出電壓隨一次側(cè)電流成比例變化的程度。 準(zhǔn)確度：準(zhǔn)確度：表示實際輸出電壓與理想情況下輸出電壓的最大偏差，即測量的總誤差。 靜態(tài)輸出電壓：靜態(tài)輸出電壓：是指當(dāng)一次側(cè)電流為零時傳感器的輸出電壓值，其標(biāo)稱值應(yīng)等于電源電壓的一半。 偏移量：偏移量：它是磁滯現(xiàn)象而引起的輸出偏移量

48、，又稱作磁滯誤差。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 2 2、 ACS750 ACS750型集成電流傳感器的原理與應(yīng)用型集成電流傳感器的原理與應(yīng)用 簡 介： ACS750又分ACS750LCA075、 ACS750ECA100兩種產(chǎn)品，二者可檢測的最大電流分別為 75A（150 ）、 100A（ 85）。 1）性能特點 a）屬于工作在開環(huán)狀態(tài)下的精密線性霍爾集成電路，內(nèi)含霍爾元件和信號調(diào)理器，其輸出電壓與一次側(cè)電流成正比，可直接配數(shù)字電壓表測量電流。 b）具有自校準(zhǔn)和電流隔離功能，使用時不需要對增益及偏移量進(jìn)行微調(diào)。 c）輸出電壓靈敏度為19.75mV/A，輸出阻抗為1（均為典型值）。 第8章

49、 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 d）超低功耗 其一次側(cè)的電流檢測電阻僅為120，即使測量100A的大電流，所產(chǎn)生的功耗僅為12mW。 e）可靠性高，安全性好 在一次側(cè)與二次側(cè)之間可承受2.5kV的絕緣測試電壓。 f）采用5V電源供電，電源電壓的允許范圍是4.5V+5.5V。 電源電流的典型值為7mA，最大不超過10mA。ACS750LCA075的工作溫度范圍是40 50 。 ACS750ECA100的工作溫度范圍是40 85 ，其外形尺寸為 10mm13mm7mm。 2）原理與應(yīng)用 ACS750的外形如右圖。 ACS75012345UCCGNDU0IPIP第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 UC

50、C、GND分別為電源端和地。U0為電壓輸出端。IP與IP為一次側(cè)引腳，測量電流時這兩腳應(yīng)串入被測線路中。下圖是ACS750的內(nèi)部電路框圖及典型應(yīng)用。自動自動補(bǔ)償補(bǔ)償電路電路濾波器312A1A2霍爾元件二次側(cè)54DVMACSACS750750U UCCCCU U0 0GNDGNDR RSENSESENSEIPIP前置放大器輸出放大器ACS750的內(nèi)部電路框圖及典型應(yīng)用第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 上圖中，芯片包含一次側(cè)的電流檢測電阻RSENSE，二次側(cè)的霍爾元件，自動補(bǔ)償電路、前置放大器（A1）、濾波器和輸出電流放大器（A2）。開環(huán)霍爾電流傳感器是由磁心和放置在磁心開口空氣隙上的霍爾元件所

51、組成的。當(dāng)載流導(dǎo)線穿過磁心中心孔時就產(chǎn)生一個與導(dǎo)線電流成比例的磁場。ACS750含有溫度補(bǔ)償電路，它輸出一個經(jīng)過校正的電壓，在輸出端與地之間可接一塊10V量程的 3 位半交流數(shù)字電壓表（DVM）。在不同溫度下，一次側(cè)電流與輸出電壓地關(guān)系曲線如下圖。 該圖分別繪出了當(dāng)環(huán)境溫度分別為25 、85 和150 時的三條曲線。由圖所見，在80A85A的測量范圍內(nèi)這三條曲線基本重合，并且U0與I呈線性關(guān)系。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 -100 -80-60 -40 -20020406080 1000.511.522.533.544.5U0/V8515025I/A在不同溫度下一次側(cè)電流與輸出電壓的關(guān)

52、系曲線第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 8.3.4 AD6938.3.4 AD693型多功能傳感信號調(diào)理器型多功能傳感信號調(diào)理器 簡簡 介：介： AD693是ADI公司推出的一種單片信號調(diào)理電路，它具有高精度、多功能的特點。其用途十分廣泛，使用也非常靈活，不僅可用作小信號U/I轉(zhuǎn)換器，還可以作為各種傳感器的信號調(diào)理電路。AD693適用于傳感測量系統(tǒng)、工業(yè)過程控制及自動化儀表領(lǐng)域。 AD693的同類產(chǎn)品為AD694， AD694適合接收高電平輸入信號，但芯片內(nèi)部沒有備用放大器。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 1 1、 AD693 AD693的性能特點的性能特點 1）內(nèi)含可編程輸入放大器、U

53、/I轉(zhuǎn)換器和多路輸出式基準(zhǔn)電壓源。 2）輸出電流有三種形式：4mA20mA（單極性），020mA（單極性），12mA8mA （雙極性）。 3）輸入電壓范圍和電流零點均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，二者互不影響。 4）高精度。電流調(diào)零前的總誤差為0.25，非線性誤差低于0.05。經(jīng)過調(diào)零后的總轉(zhuǎn)換誤差小于0.1。 5）利用芯片中的放大器，可對由鉑熱電阻（PRTD）、各種熱電偶及電阻應(yīng)變片橋路所產(chǎn)生的信號進(jìn)行調(diào)理（包括緩沖、放大、與其他信號進(jìn)行組合等）。 6）帶Pt100型PRTD接口，配鉑熱電阻時的測溫誤差為0.5 。 7）利用外部電阻可選配不同類型的熱電偶并設(shè)定最高測量溫度。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

54、8）具有過電流保護(hù)和反向過電壓保護(hù)功能。當(dāng)環(huán)路電流接近25mA時能自動限流。當(dāng)反向電壓通過電流環(huán)施加到AD693的輸出端時，內(nèi)部二極管能起到鉗位保護(hù)作用。 9）AD693通常由環(huán)路電源供電，特殊情況下也可由本地電源單獨(dú)供電。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 2 2、 AD693AD693的工作原理的工作原理 左圖為AD693的引腳排列及內(nèi)部電路框圖。 其中ZERO為U/I轉(zhuǎn)換器的調(diào)零端。UI和UI分別接輸入電壓的正端和負(fù)端。 OUT、OUT依次為輸出電流的正端和負(fù)端。 BOOST為升壓端，該端接USREF端時可為基準(zhǔn)電壓提供一個高于6.2V的輔助電源。 COM為信號地。 “100”端為Pt1

55、00型鉑熱電阻的接口端。75mV、150mV是分壓器輸出的兩路標(biāo)準(zhǔn)電壓。10897654321111213141516171819206 6. .2 2V V基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓源及精電壓源及精密電阻分壓密電阻分壓器器AD693U U/ /I I轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器可編程可編程放大器放大器備用放大器備用放大器VDA A1 1A A2 2VTVT2 2VTVT1 1R Ra aR Rb bR Rc cR Rd dR Re eR Rf f8008008008003 3. .75753 3. .75753 3k k100100OUTOUT+ +U USREFSREFBOOSTBOOSTOUTOUTCOMCOM100

56、1007575mVmV150150mVmVAUXAUXAUXAUX1212mAmA4 4mAmAZEROZEROP P1 1P P2 26 6. .2 2V REFV REFUIUIUIUIU UX XI IX X第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 AUX、AUX分別為備用放大器的同相輸入端、反相輸入端。 IX和UX為備用放大器輸出級的引出端，從IX端可輸出電流信號，將UX端接上負(fù)載可輸出電壓信號。 1）可編程輸入放大器 該放大器是一個儀表放大器，簡稱為輸入放大器。它有兩個作用，一是進(jìn)行緩沖放大，二是來設(shè)定輸入電壓范圍。改變P1、P2的接線方式就能調(diào)整A1的增益，進(jìn)而設(shè)置輸入電壓范圍。能設(shè)定不

57、同4種輸入電壓范圍的4種電路圖如下：P P1 1P P1 1P P1 1P P1 1P P2 2P P2 2P P2 2P P2 2開開 路路短短 路路R RG G1 1R RG G2 2（ a a） P P1 1、 P P2 2端端 開開 路路（ K KV V 2 2）（ b b） P P1 1、 P P2 2端端 短短 路路（ K KV V 1 1）（ c c） 利利 用用 R RG G1 1設(shè)設(shè) 定定 小小 于于3 30 0m mV V的的 輸輸 入入 電電 壓壓 范范 圍圍（ d d） 利利 用用 R RG G2 2設(shè)設(shè) 定定 3 30 0m mV V6 60 0m mV V的的 輸輸

58、 入入 電電 壓壓 范范 圍圍AD693AD693AD693AD693 6 6. .2 2 R RE EF F第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 a）電路如（a）圖所示時，對應(yīng)于4mA20mA輸出電流范圍，輸入電壓范圍UI060mV；對應(yīng)于020mA輸出電流范圍，UI075mV。 b）電路如（b）圖所示時，當(dāng)輸入600mV電壓時，可得到滿度為20mA的電流范圍。 c）電路如（c）圖所示時，假定用戶所期望的輸入電壓最大值為S，利用下式可計算出RG1的電阻值，RG1400/(30/S1)；式中S的單位是mV， RG1的單位是 。 d）電路如（d）圖所示時，RG2可由下式確定，RG2400(160/

59、S)/(30/S1)；一般要求RG2200 。 需要指出，內(nèi)部增益電阻Ra和Rb的允許誤差均為10，為使輸入電壓范圍嚴(yán)格符合要求，需要調(diào)整RG1和RG2的值。 Ra和Rb的值可從相應(yīng)的引腳上第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 測出。此外Ra 、 Rb的電阻溫度系數(shù)僅為 1710-6/，這就要求RG1和RG2必須選用低溫度系數(shù)的精密金屬膜電阻。 2）U/I轉(zhuǎn)換器 U/I轉(zhuǎn)換器屬于跨導(dǎo)放大器，其跨導(dǎo)標(biāo)稱值為0.2666S（S代表西門子，1S1A/V），顯然當(dāng)UI75mV時，IO75mV0.2666A/V20mA。 U/I轉(zhuǎn)換器內(nèi)部還有一個限流比較器，能將環(huán)路電流限制在25mA以下。 3）基準(zhǔn)電壓及

60、精密分壓器 芯片內(nèi)部有高穩(wěn)定度的6.2V帶隙基準(zhǔn)電壓源和經(jīng)過激光修正的精密電阻分壓器。利用基準(zhǔn)電壓源可為U/I轉(zhuǎn)換器提供偏置電壓，用來調(diào)節(jié)輸出電流的零點，還可用作外部傳感器的激勵。第8章 智能傳感器系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 分壓器是由精密電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，只需將分壓器上的某個抽頭接至調(diào)零端（ZERO），即可獲得相應(yīng)的輸出偏置電流。校準(zhǔn)偏置電流的電路如下圖所示，RZ1和RZ2為校準(zhǔn)電阻。 假定校準(zhǔn)范圍是IA，校準(zhǔn)4mA偏置電流時可分別用下式計算RZ1和RZ2值： ， 。AD6936 6. .2 2V REFV REF4 4mAmAZEROZERO校準(zhǔn)偏置電流的電路R RZ Z1 1R RZ Z2 21.6