智能仪表与自动检测技术作业答案.docx

1、2 微差式测量方法的工作原理 （注意图要换） 通过测量待测量与基准之差来得到待测量量值。 微差式测量方法的 基本思路是将被测量 x 的大部分作用先与已知标准量 N 的作用相抵消，剩余部分即两者差值 xN，这个差值再用偏差法测量。微差式测量中，总是设法使差值 很小，因此可选用高灵敏度的偏差式仪表测量之。即使差值的测量精度不高，但最终结果仍可达到较高的精度。 图 2-2所示的是用微差式测量 测定稳压电源输出电压随负载电阻变化的情况的电路图。 输出电压为 U0 可表示 U0=U+U，其中 U 是负载电阻变化所引起的输出电压变化量，相对 U 来讲为一小量。如果采用偏差法测量，仪表必须有较大量程以满足

2、U0 的要求，因此对 U，这个小量造成的 U0 的变化就很难测准。当然，可以改用零位式测量，但最好的方法是微差式测量。 图中使用了高灵敏度电压表 毫伏表和电位差计， Rr（ r） 和 E 分别表示稳压电源的内阻和电动势， RL 表示稳压电源的负载， E1、 R1（ r1） 和 Rw（ R）表示电位差计的参数。在测量前调整 R1（ r1） 使电位差计工作电流 I1（ I） 为标准值。然后，使稳压电源负载电阻 RL 为额定值。调整 RP（ R） 的活动触点，使毫 伏表指示为零，这相当于事先用零位式测量出额定输出电压 U。正式测量开始后，只需增加或减小负载电阻 RL 的值，负载变动所引起的稳压电源输

3、出电压U0 的微小波动值 U，即可由毫伏表指示出来。根据 U0=U+U，稳压电源输出电压在各种负载下的值都可以准确地测量出来。 微差式测量法的优点是反应速度快，测量精度高，特别适合于在线控制参数的测量。 EE1R1R PR wRmRLRr3 当 Ux 为 95 时，试根据图 2-3 来说明 A/D 转换的过程。 逐次逼近转换过程和用天平称物重非常相似。天平称重物过程是，从最重的砝码开始试放，与被称物体行进比较，若物体重于砝码，则该砝码保留，否则移去。再加上第二个次重砝码，由物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。照此一直加到最小一个砝码为止。将所有留下的砝码重量相加，就得此物

4、体的重量。仿照这一思路，逐次比较型 A/D 转换器，就是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。 对于图 2-3 的电路 ，它由启动脉冲启动后，在第一个时钟脉冲作用下，控制电路使时序 产生器的最高位置 1，其他位置 0，其输出经数据寄存器将 1000 0，送入 D/A 转换器。输入电压 Ux 首先与 D/A 转换器输出电压 UR/2 相比较 ，如 UxUR/2，比较器输出为 1，若 vI（ Ux） #include /绝对地址访问头文件 #define DAC0832 XBYTE0x7fff/DAC0832 的地址为 0x7fff void

5、 delay()/定时器定时 1ms TH1=0xfc; TL1=0x18; /定时器初值设定 TR1=1; /启动定时器 while(!TF1); /查询是否溢出 TF1=0; /将溢出标志位清零 void main() unsigned char i=0,j=2; TMOD=0x10; /设置定时器工作方式 while(j-) for(i=0;i=255;i+16)/形成锯齿波，最大值为 255 DAC0832=i; / D/A 转换输出 delay();/延时 7 设计一个智能仪表，具体要求：自选一款模拟量传感器，设计放大器， A/D 转换等电路，再通过单片机进行处理，最后用 0-10m

6、A 的模拟量输出，并尽 可能进行误差分析。 设计 了 一款 “温度程序控制仪 ”，具体设计如下： 为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，减轻工人的劳动强度以及节约能源，常要求加热 设备 （如电炉）的温度按某种指定的规律变化。 微机温度程控仪就是这样一种能对加热设备的 升、降温度速率和保温时间实现严格控制的智能仪表，它将温度变送、显示和数字控制集于一体，用软件实现程序升、降温的调节。 系统组成和控制原理： 加热炉控制系统 如 图 2 所示。 控制对象为电炉，检测元件为热电偶，执行器为可控硅电压调整器和可控硅器件。 虚线框中是温度程控仪，它包括主机电路、过程输入 /输出通道、键盘、

7、显示器以及稳压电源。 加热炉多路开关放大器A / D光耦隔离可控硅V / I D / A继电器驱动开关量锁存器光耦隔离主控制器显示器键盘稳压电源过程输入 / 输出通道 主机热电偶输出 / mV图 2 加热炉控制系统 该温度程控仪的工作过程如下：炉内温度由热电偶测量，其信号经过多路开关送入放大器 ，毫伏信号经放大后有 A/D 电路转换成相应的数字量，再通过光耦合器隔离，进入主控制器。由主控制器进行数据，并按一定的控制规律运算后输出数字控制量。数值信号经光耦隔离，由 D/A 电路转换成模拟量，再通过 V/I转换得到 010mA 的直流电流。该电流送入可控硅器件，触发可控硅，对炉温进行调节，使其按预

8、定的升、降曲线规律变化。 另外，主控制器还输出开关量信号，发出相应的开关动作，以驱动继电器或发光二极管。 硬件结构和电路设计 硬件结构框图见图 2 虚线框内的部分，下面就各部分电路设计作具体说明。 主机电路及键盘、显示器接口 按仪表设计要求，可选用指令功能丰富、中断能力强的 MCS-51 单片机作为主机电路的核心器件。由 803l构成的主机电路如图 3 所示。 主机电路包括单片机及外接存贮器、 I/O 接口电路。程序存贮器和数据存贮器容量的大小同仪表数据处理和控制功能有关，设计时应留有余量。本仪表程序存贮器容量 8kB(选用一片 2764)，数据存贮器容量为 2kB(选用 一 片 6116)。

9、并行I/O 接口电路 (本仪表为 8155)的选用与输入输出通道、键盘、显示器的结构和电路形式有关。 上 图所示的主 控制器 电路采用全译码方式，由 3-8 译码器 来 选通存贮器 6116、扩展器 8155 以及 D/A 转换器和锁存器。低 8 位地址信号由 P0 口输出，锁存在74LS373 中；高位地址 (P2.0-P2.4)由 P2 口输出，直接连至 2764 和 6116 的相应端。8155 用作键盘、显示器的接口电路，其内部的 256 个字节的 RAM 和 14 位的定时 /计数器也可供使用。 A/D 电路的转换结果直接从 8031 的 P1 口输入。 掉电保护功能的实现有两种方案

10、：一是选用 EEPROM(2816 或 2817 等 )，将重要数据置于其中；二是加备用电池，如图 4 所示。稳压电源和备用电池分别通过二极管接于存贮器 (或单片机 )的 Vcc 端，当稳压电源电压大于备用电池电压时，电池不供电；当稳压电源掉电时，备用电池工作。 图 3 由 8031 构成的主机电路 图 4 备用电池的连接和掉电检测 光电耦合器的作用是防止因干扰产生误动作。在掉电瞬间，稳压电源在大电容支持下，仍维持供电 (约几十毫秒 )，这段时间内，主机执行中断服务程序，将断点和重要数据置入 RAM。 模拟量输入通道包括多路开关、热电偶冷端温度补偿电路、线性放大器、A/D 转换器和隔离电路，如

11、图 5 所示。 图 5 模拟输入量通道逻辑电路图 测量元件为镍铬 镍铝热电偶，在 0 -1100 测量范围内，其热电势为0-45.10mV。多路开关选用 CD405l(或 AD7501)，它将 5 路信号依次送入放大器，其中第 l-4 路为测量信号，第 5 路 (TV)来自 D/A 电路的输出端，供自诊断用。多路开关的接通由主机电路控制，选择通道的地址信号锁存在 74LS273(I)中。 运算放大器选用低漂移高增益的 7650，采用同相输入方式，以提高输入阻抗。输出端加接阻容滤波电路，可滤去高频信号。放大器的输出电压为 0-2V(即A/D 转换器的输入电压 )，故放大倍数约为 50 倍，可用

12、W2(1K 欧姆 )凋整之。放大器的零点由 W1(100 欧姆 )调整。 按仪表设计要求，选用双积分型 A/D 转换器 MCl4433。该转换器输出(3+1/2)BCD 码，相当于二进制 1l位，其分辨率为 1/2000。 A/D 转换的结果 (包括结束信号 EOC)通过光耦隔离后输入到 8031 的 P1 口。图中缓冲器 (74LS244)专为驱动光耦而设置。单稳用以加宽 EOC 脉冲宽度，使光耦能正常工作。 主 控 电路的输出信号经光耦隔离 (在译码信号 S，控制下 )锁存在 74LS273(I)中，以选通多路开关和点亮四个发光二极管。发光管用来显示仪表的手、自动工作状态和上、下限报警。

13、隔离电路采用逻辑型光电耦合器，该器件体积小、耐冲击、绝缘电压高、抗干扰能力强。光电器件选用 G0103(或 TILll7)。 模拟量和开关量输出通道 模拟量输出电路由隔离电路、 D/A 转换器、 V/I 转换器组成；开关量输出通道由隔离电路、输出锁存器和驱动器组成，如图 6 所示。 D/A 转换器选用 8 位、双缓冲的 DAC0832，该芯片将调节通道的输出转换为 0-5V 的模拟电压，再经 V/I 电路 (3DK4B)输出 0-10mA 电流信号。 8 位开关量信号锁存在 74LS273(II)中，通过 5G1413 驱动继电器 J1-J8 和发光二极管 D1-D8。 继电器和发光管分别用来接通阀门和指示阀的启，闭状态。 图 6 中虚线框中的隔离电路部分与图 5 所示的输入通道可以共用，即主机电路的输出经光电耦合器分别连至图 5 所示 模入通道的锁存器 273(工 )以及图 6 中273( )和 DAC0832 的输入端，信号打入哪一个器件则由主机的输出信号 s1、 s3和 s2(经光耦隔离 )釆控制 。