第10章抗干擾技術(shù)和微機(jī)接口技術(shù)

1、第第10章章 抗干擾技術(shù)及微機(jī)接口技抗干擾技術(shù)及微機(jī)接口技術(shù)術(shù)v知識目標(biāo)知識目標(biāo)v通過本課題的學(xué)習(xí)，要求掌握干擾的概念，熟悉通過本課題的學(xué)習(xí)，要求掌握干擾的概念，熟悉干擾的來源及干擾形式，了解傳感器與微機(jī)的接干擾的來源及干擾形式，了解傳感器與微機(jī)的接口電路。口電路。 v技能目標(biāo)技能目標(biāo)v通過本課題的學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)不同干擾源采用相通過本課題的學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)不同干擾源采用相應(yīng)的干擾抑制措施，熟悉應(yīng)的干擾抑制措施，熟悉 A/D轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（ADC）的主要技術(shù)指標(biāo)，能合理選擇的主要技術(shù)指標(biāo)，能合理選擇ADC并能與微機(jī)連并能與微機(jī)連接。接。 10.1 傳感器抗干擾技術(shù)傳感器抗干擾技術(shù)v10.1.1干擾

2、的來源及形式干擾的來源及形式v1.外部干擾外部干擾v從外部侵入檢測裝置的干擾稱為外部干擾。從外部侵入檢測裝置的干擾稱為外部干擾。v來源于自然界的干擾稱為自然干擾。自然干擾主來源于自然界的干擾稱為自然干擾。自然干擾主要來自天空，如雷電、宇宙輻射、太陽黑子活動要來自天空，如雷電、宇宙輻射、太陽黑子活動等等v來源于其他電氣設(shè)備或各種電操作的干擾，稱為來源于其他電氣設(shè)備或各種電操作的干擾，稱為人為干擾（或工業(yè)干擾）。人為干擾來源于各類人為干擾（或工業(yè)干擾）。人為干擾來源于各類電氣、電子設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場和電火花，及其電氣、電子設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場和電火花，及其他機(jī)械干擾、熱干擾、化學(xué)干擾等。他機(jī)械干擾、

3、熱干擾、化學(xué)干擾等。 電氣設(shè)備的干擾 v工頻干擾：大功率輸電線，甚至就是一般室內(nèi)交工頻干擾：大功率輸電線，甚至就是一般室內(nèi)交流電源線對于輸入阻抗高和靈敏度甚高的測量裝流電源線對于輸入阻抗高和靈敏度甚高的測量裝置來說都是威脅很大的干擾源。在電子設(shè)備內(nèi)部，置來說都是威脅很大的干擾源。在電子設(shè)備內(nèi)部，由于工頻感應(yīng)而產(chǎn)生干擾，由于工頻感應(yīng)而產(chǎn)生干擾， 如果波形失真，則干如果波形失真，則干擾更大。擾更大。 v射頻干擾：射頻干擾： 指高頻感應(yīng)加熱、高頻介質(zhì)加熱、指高頻感應(yīng)加熱、高頻介質(zhì)加熱、高頻焊接等工業(yè)電子設(shè)備通過輻射或通過電源線高頻焊接等工業(yè)電子設(shè)備通過輻射或通過電源線給附近測量裝置帶來的干擾。給附近

4、測量裝置帶來的干擾。v 電子開關(guān)通斷干擾：電子開關(guān)、電子管、晶電子開關(guān)通斷干擾：電子開關(guān)、電子管、晶閘管等大功率電子開關(guān)雖然不產(chǎn)生火花，但因通閘管等大功率電子開關(guān)雖然不產(chǎn)生火花，但因通斷速度極快，使電路電流和電壓發(fā)生急劇的變化，斷速度極快，使電路電流和電壓發(fā)生急劇的變化，形成沖擊脈沖而成為干擾源。形成沖擊脈沖而成為干擾源。 2.內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾v 固有噪聲源固有噪聲源v 熱噪聲：又稱為電阻噪聲。由電阻內(nèi)部載流子的隨機(jī)熱噪聲：又稱為電阻噪聲。由電阻內(nèi)部載流子的隨機(jī)熱運(yùn)動產(chǎn)生幾乎覆蓋整個(gè)頻譜的噪聲電壓。熱運(yùn)動產(chǎn)生幾乎覆蓋整個(gè)頻譜的噪聲電壓。 v 散粒噪聲：它由電子器件內(nèi)部載流子的隨機(jī)熱運(yùn)動產(chǎn)生。散

5、粒噪聲：它由電子器件內(nèi)部載流子的隨機(jī)熱運(yùn)動產(chǎn)生。 v 低頻噪聲：又稱為低頻噪聲：又稱為1/f噪聲。它取決于元器件材料表面的噪聲。它取決于元器件材料表面的特性。特性。v 接觸噪聲：它也是一種低頻噪聲。接觸噪聲：它也是一種低頻噪聲。 v 信噪比信噪比(S/N)v 在測量過程中，人們不希望有噪聲，但是噪聲不可能在測量過程中，人們不希望有噪聲，但是噪聲不可能完全排除，也不能用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)來描述。實(shí)踐中完全排除，也不能用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)來描述。實(shí)踐中只要噪聲小到不影響檢測結(jié)果只要噪聲小到不影響檢測結(jié)果, 是允許存在的，通常用信是允許存在的，通常用信噪比來表示其對有用信號的影響，而用噪聲系數(shù)噪比來

6、表示其對有用信號的影響，而用噪聲系數(shù)Nf表征表征器件或電路對噪聲的品質(zhì)因數(shù)。器件或電路對噪聲的品質(zhì)因數(shù)。 3.干擾的傳輸途徑干擾的傳輸途徑 v通過通過“路路”的干擾的干擾 泄漏電阻：泄漏電阻： 共阻抗耦合干擾：共阻抗耦合干擾： 經(jīng)電源線引入干擾：經(jīng)電源線引入干擾： v通過通過“場場”的干擾的干擾 通過電場耦合的干擾：通過電場耦合的干擾：通過磁場耦合的干擾通過磁場耦合的干擾 通過輻射電磁場耦合的干擾通過輻射電磁場耦合的干擾 4.干擾的作用方式干擾的作用方式 v串模干擾串模干擾 圖10-1串模干擾等效電路 共模干擾 圖10-2 共模干擾等效電路共模抑制比（CMRR）v v 共模噪聲只有轉(zhuǎn)換成差模噪

7、聲才能形成干擾，共模噪聲只有轉(zhuǎn)換成差模噪聲才能形成干擾， 這種這種轉(zhuǎn)換是由測量裝置的特性決定的。轉(zhuǎn)換是由測量裝置的特性決定的。 因此，常用共模抑制因此，常用共模抑制比衡量測量裝置抑制共模干擾的能力，比衡量測量裝置抑制共模干擾的能力， 定義為定義為 dmcmlg20UUCMRRdmcmlg20AACMRR10.1.2抑制干擾的途徑抑制干擾的途徑v 1.消除或抑制干擾源消除或抑制干擾源v 如使產(chǎn)生干擾的電氣設(shè)備遠(yuǎn)離檢測裝置；對繼電器、接如使產(chǎn)生干擾的電氣設(shè)備遠(yuǎn)離檢測裝置；對繼電器、接觸器、斷路器等采取觸點(diǎn)滅弧措施或改用無觸點(diǎn)開關(guān)；消觸器、斷路器等采取觸點(diǎn)滅弧措施或改用無觸點(diǎn)開關(guān)；消除電路中的虛焊、

8、假接等。除電路中的虛焊、假接等。 v 2.破壞干擾途徑破壞干擾途徑v 提高絕緣性能，提高絕緣性能， 采用變壓器、采用變壓器、 光電耦合器隔離以切斷光電耦合器隔離以切斷“路路”徑；徑； 利用退耦、利用退耦、 濾波、濾波、 選頻等電路手段引導(dǎo)干擾選頻等電路手段引導(dǎo)干擾信號轉(zhuǎn)移；信號轉(zhuǎn)移； 改變接地形式消除共阻抗耦合干擾途徑；對改變接地形式消除共阻抗耦合干擾途徑；對數(shù)字信號可采用甄別、限幅、整形等信號處理方法或選通數(shù)字信號可采用甄別、限幅、整形等信號處理方法或選通控制方法切斷干擾途徑?？刂品椒ㄇ袛喔蓴_途徑。 v 3.削弱接收電路對干擾的敏感性削弱接收電路對干擾的敏感性 v 例如電路中的選頻措施可以削

9、弱對全頻帶噪聲的敏感性，例如電路中的選頻措施可以削弱對全頻帶噪聲的敏感性，負(fù)反饋可以有效削弱內(nèi)部噪聲源，其他如對信號采用絞線負(fù)反饋可以有效削弱內(nèi)部噪聲源，其他如對信號采用絞線傳輸或差動輸入電路等。傳輸或差動輸入電路等。10.1.3 屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)v1.靜電屏蔽靜電屏蔽v眾所周知，眾所周知， 在靜電場作用下，在靜電場作用下， 導(dǎo)體內(nèi)部各導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)等電位，點(diǎn)等電位， 即導(dǎo)體內(nèi)部無電力線。即導(dǎo)體內(nèi)部無電力線。 因此，因此， 若將若將金屬屏蔽盒接地，金屬屏蔽盒接地， 則屏蔽盒內(nèi)的電力線不會傳到則屏蔽盒內(nèi)的電力線不會傳到外部，外部的電力線也不會穿透屏蔽盒進(jìn)入內(nèi)部。外部，外部的電力線也不會穿透屏蔽盒進(jìn)

10、入內(nèi)部。 前者可抑制干擾源，前者可抑制干擾源， 后者可阻截干擾的傳輸途徑。后者可阻截干擾的傳輸途徑。 所以靜電屏蔽也叫電場屏蔽，所以靜電屏蔽也叫電場屏蔽， 可以抑制電場耦合可以抑制電場耦合的干擾。的干擾。 2.電磁屏蔽vv電磁屏蔽主要是抑制高頻電磁場的干擾，電磁屏蔽主要是抑制高頻電磁場的干擾， 屏蔽體屏蔽體采用良導(dǎo)體材料（銅、采用良導(dǎo)體材料（銅、 鋁或鍍銀銅板），鋁或鍍銀銅板）， 利用利用高頻電磁場在屏蔽導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流的效應(yīng)，高頻電磁場在屏蔽導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流的效應(yīng)， 一方一方面消耗電磁場能量，面消耗電磁場能量， 另一方面渦電流產(chǎn)生反磁場另一方面渦電流產(chǎn)生反磁場抵消高頻干擾磁場，抵消高頻干擾磁場，

11、 從而達(dá)到磁屏蔽的效果。從而達(dá)到磁屏蔽的效果。 當(dāng)屏蔽體上必須開孔或開槽時(shí)，當(dāng)屏蔽體上必須開孔或開槽時(shí)， 應(yīng)注意避免切斷應(yīng)注意避免切斷渦電流的流通途徑。渦電流的流通途徑。 若把屏蔽體接地，若把屏蔽體接地， 則可兼則可兼顧靜電屏蔽。顧靜電屏蔽。 若要對電磁線圈進(jìn)行屏蔽，若要對電磁線圈進(jìn)行屏蔽， 屏蔽屏蔽罩直徑必須大于線圈直徑一倍以上，罩直徑必須大于線圈直徑一倍以上， 否則將使線否則將使線圈電感量減小，圈電感量減小，Q值降低。值降低。 3.磁屏蔽磁屏蔽圖10-3 磁屏蔽的原理圖4.驅(qū)動屏蔽的概念驅(qū)動屏蔽的概念 圖10-4 驅(qū)動屏蔽原理圖 10.1.4 接地技術(shù)接地技術(shù)v1.電氣、電子設(shè)備中的地線電

12、氣、電子設(shè)備中的地線v接地起源于強(qiáng)電技術(shù)。為保障安全，接地起源于強(qiáng)電技術(shù)。為保障安全， 將電網(wǎng)將電網(wǎng)零線和設(shè)備外殼接大地，零線和設(shè)備外殼接大地， 稱為保安地線。稱為保安地線。 對于對于以電能作為信號的通信、測量、計(jì)算控制等電子以電能作為信號的通信、測量、計(jì)算控制等電子技術(shù)來說，把電信號的基準(zhǔn)電位點(diǎn)稱為技術(shù)來說，把電信號的基準(zhǔn)電位點(diǎn)稱為“地地”， 它可能與大地是隔絕的，稱為信號地線。信號地它可能與大地是隔絕的，稱為信號地線。信號地線分為模擬信號地線和數(shù)字信號地線兩種。線分為模擬信號地線和數(shù)字信號地線兩種。 另外另外從信號特點(diǎn)來看，還有信號源地線和負(fù)載地線。從信號特點(diǎn)來看，還有信號源地線和負(fù)載地線

13、。 2. 一點(diǎn)接地原則一點(diǎn)接地原則 v 機(jī)內(nèi)一點(diǎn)接地機(jī)內(nèi)一點(diǎn)接地 圖10-5 機(jī)內(nèi)一點(diǎn)接地示意圖系統(tǒng)一點(diǎn)接地 圖10-6 檢測系統(tǒng)的一點(diǎn)接地3. 電纜屏蔽層的一點(diǎn)接地電纜屏蔽層的一點(diǎn)接地 圖10-7 纜屏蔽層的一點(diǎn)接地示意圖 10.1.5 浮置技術(shù)浮置技術(shù) v如果測量裝置電路的公共線不接機(jī)殼也不接大地，如果測量裝置電路的公共線不接機(jī)殼也不接大地， 即與大地之間沒有任何導(dǎo)電性的直接聯(lián)系即與大地之間沒有任何導(dǎo)電性的直接聯(lián)系(僅有寄僅有寄生電容存在生電容存在)， 就稱為浮置。就稱為浮置。 v圖圖10-8被屏蔽浮置的前置放大器。被屏蔽浮置的前置放大器。 圖10-8 浮置屏蔽”的檢測系統(tǒng)10.1.6 其

14、他抑制干擾的措其他抑制干擾的措施施v在儀表中還經(jīng)常采用調(diào)制、解調(diào)技術(shù)，濾波和隔在儀表中還經(jīng)常采用調(diào)制、解調(diào)技術(shù)，濾波和隔離（一般用變壓器作前隔離，光電耦合器作后隔離（一般用變壓器作前隔離，光電耦合器作后隔離）技術(shù)。通過調(diào)制、選頻放大、解調(diào)、濾波，離）技術(shù)。通過調(diào)制、選頻放大、解調(diào)、濾波，只放大輸出有用信號，抑制無用的干擾信號。濾只放大輸出有用信號，抑制無用的干擾信號。濾波的類型有低通濾波、高通濾波、帶通濾波、帶波的類型有低通濾波、高通濾波、帶通濾波、帶阻濾波等，起選頻作用。隔離主要防止后級對前阻濾波等，起選頻作用。隔離主要防止后級對前級的干擾。級的干擾。 10.2 傳感器與微機(jī)接口傳感器與微機(jī)

15、接口技術(shù)技術(shù) 圖10-9 傳感器與微機(jī)的接口框圖 10.2.1.信號預(yù)處理信號預(yù)處理v1.開關(guān)式輸出信號的預(yù)處理開關(guān)式輸出信號的預(yù)處理圖10-10開關(guān)量傳感器特性示意圖2.模擬連續(xù)式輸出信號的模擬連續(xù)式輸出信號的預(yù)處理預(yù)處理v電流電流/電壓變換電路（電壓變換電路（I/V變換）變換）vI/V變換器的作用是將電流信號變換為標(biāo)準(zhǔn)的電變換器的作用是將電流信號變換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號，它不僅要求具有恒壓性能，而且要求輸壓信號，它不僅要求具有恒壓性能，而且要求輸出電壓隨負(fù)載電阻變化所引起的變化量不能超過出電壓隨負(fù)載電阻變化所引起的變化量不能超過允許值。允許值。I/V轉(zhuǎn)換電路可由運(yùn)算放大器組成，如轉(zhuǎn)換電路可由運(yùn)

16、算放大器組成，如圖圖10-10所示。所示。 電壓/電流變換（V/I變換）V/I變換器的作用是將電壓信號變換為標(biāo)準(zhǔn)電流信變換器的作用是將電壓信號變換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號，它不僅要求具有恒流性能，而且要求輸出電號，它不僅要求具有恒流性能，而且要求輸出電流隨負(fù)載電阻變化所引起的變化量不能超過允許流隨負(fù)載電阻變化所引起的變化量不能超過允許值。值。 圖10-10 420mA的V/I變換電路 模擬頻率式輸出信號的預(yù)處理圖10-13頻率/電壓變換器原理框圖數(shù)字式輸出信號的預(yù)處理數(shù)字式輸出信號分為數(shù)字脈沖式信號和數(shù)字編碼式信號。數(shù)字脈沖式輸出信號可直接將輸出脈沖經(jīng)整形電路后接至數(shù)字計(jì)數(shù)器，得到數(shù)字信號。 10.2.

17、2數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集v1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖10-13 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的配置 2.采樣周期的選擇采樣周期的選擇3量化噪聲量化噪聲(量化誤差量化誤差)模擬信號是連續(xù)的，而數(shù)字信號是離散的，每個(gè)數(shù)又是用有限個(gè)數(shù)碼來表示， 二者之間不可避免地存在誤差，稱為量化噪聲。一般A/D轉(zhuǎn)換的量化噪聲有1 LSB和LSB/2兩種。 10.2.3 ADC接口技術(shù)接口技術(shù)v 1. A/D轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（ADC）的主要技術(shù)指標(biāo)）的主要技術(shù)指標(biāo)v 分辨力分辨力 v 精度精度 v 精度分為絕對精度和相對精度。精度分為絕對精度和相對精度。 v 量程量程(滿刻度范圍滿刻度范圍)v 量程是指輸入模擬電壓的變化范圍。例如，某

18、轉(zhuǎn)換器量程是指輸入模擬電壓的變化范圍。例如，某轉(zhuǎn)換器具有具有10V的單極性范圍的單極性范圍,或或-55 V的雙極性范圍，則它的雙極性范圍，則它們的量程都為們的量程都為10 V。 v 線性度誤差線性度誤差v 理想轉(zhuǎn)換器特性應(yīng)該是線性的，即模擬量輸入與數(shù)字理想轉(zhuǎn)換器特性應(yīng)該是線性的，即模擬量輸入與數(shù)字量輸出成線性關(guān)系。線性度誤差是轉(zhuǎn)換器實(shí)際的模擬數(shù)字量輸出成線性關(guān)系。線性度誤差是轉(zhuǎn)換器實(shí)際的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換關(guān)系與理想直線不同而出現(xiàn)的誤差，通常也用轉(zhuǎn)換關(guān)系與理想直線不同而出現(xiàn)的誤差，通常也用LSB的的倍數(shù)來表示。倍數(shù)來表示。 轉(zhuǎn)換時(shí)間v轉(zhuǎn)換時(shí)間指從發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換脈沖開始到輸出穩(wěn)轉(zhuǎn)換時(shí)間指從發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換脈沖

19、開始到輸出穩(wěn)定的二進(jìn)制代碼，定的二進(jìn)制代碼， 即完成一次轉(zhuǎn)換所需要的最長即完成一次轉(zhuǎn)換所需要的最長時(shí)間。時(shí)間。v 2.ADC的選擇與使用的選擇與使用v在實(shí)際使用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選用合適的在實(shí)際使用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選用合適的ADC芯片。例如某測溫系統(tǒng)的輸入范圍為芯片。例如某測溫系統(tǒng)的輸入范圍為0500，要求測溫的分辨率為要求測溫的分辨率為2.5， 轉(zhuǎn)換時(shí)間在轉(zhuǎn)換時(shí)間在1 ms之內(nèi)，可選用分辨率為之內(nèi)，可選用分辨率為8位的逐次比較式位的逐次比較式ADC0809芯片，如果要求測溫的分辨率為芯片，如果要求測溫的分辨率為0.5（即滿量程的（即滿量程的1/1000），轉(zhuǎn)換時(shí)間為），轉(zhuǎn)換時(shí)間為0.5 s

20、，則可選用雙積分型，則可選用雙積分型ADC芯片芯片14433。 3.單片機(jī)的采集接口電路單片機(jī)的采集接口電路及及A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器圖10-15 傳感器采集接口框圖單片機(jī)常用的A/D轉(zhuǎn)換器及接口電路有： ADC0808、ADC0809 。4.ADC0809/0808與單與單片機(jī)的連接片機(jī)的連接 圖10-17 ADC0808/0809與8031的接口10.3 自動檢測技術(shù)綜合自動檢測技術(shù)綜合應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例數(shù)字電子稱數(shù)字電子稱v10.3.1 電子秤的基本組成和原理電子秤的基本組成和原理v1.電子秤的基本結(jié)構(gòu)電子秤的基本結(jié)構(gòu)v電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量電子秤是利用物體的重力作用來確定物

21、體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)或特性。不管根據(jù)什么原理的其它量大小、參數(shù)或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電子秤均由以下三部分組成：制成的電子秤均由以下三部分組成：v承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)v稱重傳感器稱重傳感器v數(shù)據(jù)處理電路和測量顯示裝置數(shù)據(jù)處理電路和測量顯示裝置2.電子秤的工作原理電子秤的工作原理 v 當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺上時(shí)，其重量便通過秤體傳當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺上時(shí)，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力電效應(yīng)，將物體的遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成

22、與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系(一般成正比一般成正比關(guān)系關(guān)系)的電信號的電信號(電壓或電流等電壓或電流等)。此信號由放大電路進(jìn)行。此信號由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)（數(shù)（A/D）器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信）器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到微處器的號再送到微處器的CPU處理，處理，CPU不斷掃描鍵盤和各種不斷掃描鍵盤和各種功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運(yùn)算。運(yùn)算必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示

23、時(shí)，結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，CPU發(fā)出指令，從內(nèi)發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機(jī)打印。一般信存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機(jī)打印。一般信號的放大、濾波、號的放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換以及信號各種運(yùn)算處理都在轉(zhuǎn)換以及信號各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。儀表中完成。3.電子秤的計(jì)量性能電子秤的計(jì)量性能v電子秤的計(jì)量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、電子秤的計(jì)量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級等。分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級等。v量程：電子衡器的最大稱量量程：電子衡器的最大稱量Max，即電子秤在，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。正常工作情況下

24、，所能稱量的最大值。v分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用每份值即為分度值。用e或或d來表示。來表示。v分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用份數(shù)即為分度數(shù)用n表示。電子衡器的最大稱量表示。電子衡器的最大稱量Max可以用總分度數(shù)可以用總分度數(shù)n與分度值與分度值d的乘積來表示，的乘積來表示，即即Max = n d。v準(zhǔn)確度等級準(zhǔn)確度等級10.3.2電子稱稱重傳感器電子稱稱重傳感器v 1.常用各種稱重傳感器常用各種稱重傳感器v 電阻應(yīng)變式稱重傳感器電阻應(yīng)變式稱重傳感器v 電阻應(yīng)

25、變式稱重傳感器是把電阻應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性敏感元電阻應(yīng)變式稱重傳感器是把電阻應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性敏感元件上，然后以適當(dāng)方式組成電橋的一種將力（重量）轉(zhuǎn)換件上，然后以適當(dāng)方式組成電橋的一種將力（重量）轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。成電信號的傳感器。 v 電容式稱重傳感器電容式稱重傳感器v 電容式稱重傳感器是把被稱物體重量轉(zhuǎn)換為電容器容量變電容式稱重傳感器是把被稱物體重量轉(zhuǎn)換為電容器容量變化的一種傳感器，它是以各種不同類型的電容量作為轉(zhuǎn)換化的一種傳感器，它是以各種不同類型的電容量作為轉(zhuǎn)換元件，實(shí)際是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。電容式傳感器元件，實(shí)際是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。電容式傳感器由于存在輸出特性的非線性、寄

26、生電容和分布電容對靈敏由于存在輸出特性的非線性、寄生電容和分布電容對靈敏度和稱重精度的影響、傳感器聯(lián)接電路比較復(fù)雜等原因，度和稱重精度的影響、傳感器聯(lián)接電路比較復(fù)雜等原因，直接影響到它的可靠性，所以限制了它的應(yīng)用。直接影響到它的可靠性，所以限制了它的應(yīng)用。 壓磁式稱重傳感器v壓磁式稱重傳感器也稱磁彈性傳感器，它是一種壓磁式稱重傳感器也稱磁彈性傳感器，它是一種力力電轉(zhuǎn)換的無源傳感器。它的工作原理是利用電轉(zhuǎn)換的無源傳感器。它的工作原理是利用壓磁效應(yīng)，將被稱重量的變化變換成傳感器導(dǎo)磁壓磁效應(yīng)，將被稱重量的變化變換成傳感器導(dǎo)磁體的導(dǎo)磁率變化并輸出電信號。壓磁傳感器具有體的導(dǎo)磁率變化并輸出電信號。壓磁傳

27、感器具有輸出信號大、抗干擾性能好、過載能力強(qiáng)、不均輸出信號大、抗干擾性能好、過載能力強(qiáng)、不均勻載荷對測量準(zhǔn)確度的影響小、能在惡劣的環(huán)境勻載荷對測量準(zhǔn)確度的影響小、能在惡劣的環(huán)境中工作、結(jié)構(gòu)簡單便于加工等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是準(zhǔn)確中工作、結(jié)構(gòu)簡單便于加工等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度低、反應(yīng)速度慢。它常用于冶金、礦山、運(yùn)輸度低、反應(yīng)速度慢。它常用于冶金、礦山、運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門的承受大噸位，并要求牢固可靠、安等工業(yè)部門的承受大噸位，并要求牢固可靠、安全報(bào)警等測力或稱重場合。全報(bào)警等測力或稱重場合。諧振式稱重傳感器v諧振式稱重傳感器也稱頻率式傳感器，它是利用諧振式稱重傳感器也稱頻率式傳感器，它是利用機(jī)械振子的固有頻率或石

28、英晶體的諧振特性，隨機(jī)械振子的固有頻率或石英晶體的諧振特性，隨著被稱物體重量的變化而產(chǎn)生頻率變化現(xiàn)象而形著被稱物體重量的變化而產(chǎn)生頻率變化現(xiàn)象而形成的一種傳感器。諧振式傳感器可分為振弦式、成的一種傳感器。諧振式傳感器可分為振弦式、振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶體諧振式振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶體諧振式等多種類型。在稱重技術(shù)中主要采用的是振弦式等多種類型。在稱重技術(shù)中主要采用的是振弦式和振梁式的復(fù)合音叉振子稱重傳感器。和振梁式的復(fù)合音叉振子稱重傳感器。2.稱重傳感器的主要性能指標(biāo)v傳感器的輸出靈敏度傳感器的輸出靈敏度v非線性非線性v不重復(fù)性不重復(fù)性v零點(diǎn)不平衡輸出零點(diǎn)不平衡輸出3.稱

29、重傳感器的組合方式稱重傳感器的組合方式v串聯(lián)工作方式串聯(lián)工作方式v全并聯(lián)式工作方式全并聯(lián)式工作方式v串并聯(lián)混合工作方式串并聯(lián)混合工作方式4.稱重傳感器的選擇稱重傳感器的選擇v要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境情況要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境情況v對傳感器數(shù)量和量程的選擇對傳感器數(shù)量和量程的選擇v傳感器準(zhǔn)確度等級的選擇傳感器準(zhǔn)確度等級的選擇10.3.3.數(shù)字式稱重傳感器數(shù)字式稱重傳感器v1.工作原理工作原理v數(shù)字式傳感器將傳感器電橋電路輸出的模擬電壓數(shù)字式傳感器將傳感器電橋電路輸出的模擬電壓信號放大、濾波、經(jīng)信號放大、濾波、經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入微處理芯片，轉(zhuǎn)換后送入微處理芯片，利用芯片中存入的軟件對

30、傳感器進(jìn)行常規(guī)的補(bǔ)償利用芯片中存入的軟件對傳感器進(jìn)行常規(guī)的補(bǔ)償和調(diào)整，同時(shí)還進(jìn)行一些非線性、滯后和蠕變等和調(diào)整，同時(shí)還進(jìn)行一些非線性、滯后和蠕變等補(bǔ)償，最后，通過補(bǔ)償，最后，通過RS-485通訊方式傳送給儀表通訊方式傳送給儀表或計(jì)算機(jī)。或計(jì)算機(jī)。v2. 數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器vA/D轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓或電流變成轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓或電流變成與它成正比的數(shù)字量，也就是說能把被控對象的與它成正比的數(shù)字量，也就是說能把被控對象的各種模擬信息變成計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字信息。各種模擬信息變成計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字信息。 3.電子秤電子秤A/D轉(zhuǎn)換器的選轉(zhuǎn)換器的選用用vC

31、S1180簡介簡介CS1180 特點(diǎn)vCS1180 是是24 位高精度、低功耗位高精度、低功耗Sigma-Delta 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，有效分辨率可達(dá)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，有效分辨率可達(dá)20（PGA =1）位。可以在）位?？梢栽?.7V5.5V 電源電壓電源電壓條件下工作，條件下工作，CS1180 提供的提供的1108 倍可編倍可編程增益放大器，在程增益放大器，在108 倍時(shí)，有效分辨率可達(dá)倍時(shí)，有效分辨率可達(dá)18 位。調(diào)制器是一個(gè)二階位。調(diào)制器是一個(gè)二階Sigma-Delta 調(diào)制調(diào)制器，芯片的器，芯片的FIR 濾波器提供濾波器提供50Hz 和和60Hz 陷陷波濾波，有效提高芯片的抗干擾性能。波濾波，有

32、效提高芯片的抗干擾性能。CS1180 提供提供SPI 兼容的串行接口總線兼容的串行接口總線4.CS1180 電子秤電子秤A/D 部分電路部分電路v圖圖10-19 基于基于CS1180 電子秤電子秤AD 部分電路原部分電路原理圖理圖5.數(shù)字式應(yīng)變傳感器的特?cái)?shù)字式應(yīng)變傳感器的特點(diǎn)點(diǎn)v采用數(shù)字化技術(shù)后，不會對原有的溫度補(bǔ)償性能采用數(shù)字化技術(shù)后，不會對原有的溫度補(bǔ)償性能有任何改變，且數(shù)字傳感器對阻抗是沒有要求的，有任何改變，且數(shù)字傳感器對阻抗是沒有要求的，經(jīng)數(shù)字化處理后傳感器的一致性非常好，精度可經(jīng)數(shù)字化處理后傳感器的一致性非常好，精度可達(dá)萬分之一。由于數(shù)字傳感器的輸出是數(shù)字信號，達(dá)萬分之一。由于數(shù)字

33、傳感器的輸出是數(shù)字信號，所以抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，沒有模擬傳感所以抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，沒有模擬傳感器的連接誤差，更沒有線路阻抗的溫度變化造成器的連接誤差，更沒有線路阻抗的溫度變化造成的計(jì)量誤差。的計(jì)量誤差。10.3.4電子稱設(shè)計(jì)案例電子稱設(shè)計(jì)案例v 1.任務(wù)要求任務(wù)要求v 設(shè)計(jì)一種小型、簡便、精確度高的電子平臺秤，量程設(shè)計(jì)一種小型、簡便、精確度高的電子平臺秤，量程20Kg，分度值為，分度值為5g，它用一個(gè)顯示窗口來顯示所稱物，它用一個(gè)顯示窗口來顯示所稱物體的重量。可擴(kuò)展功能是它具有置零、去皮、標(biāo)定功能。體的重量?？蓴U(kuò)展功能是它具有置零、去皮、標(biāo)定功能。v 置零置零v 在開機(jī)或稱重過程

34、中，儀表顯示偏離零點(diǎn)且在稱重范圍在開機(jī)或稱重過程中，儀表顯示偏離零點(diǎn)且在稱重范圍內(nèi)，則可按內(nèi)，則可按置零置零鍵，顯示零值并零點(diǎn)指示燈亮。鍵，顯示零值并零點(diǎn)指示燈亮。v 去皮去皮v 在稱重顯示狀態(tài)下，按在稱重顯示狀態(tài)下，按去皮去皮鍵，則顯示零值并去皮指示鍵，則顯示零值并去皮指示燈亮；在去皮狀態(tài)下，拿掉皮重物時(shí)按燈亮；在去皮狀態(tài)下，拿掉皮重物時(shí)按去皮去皮鍵，可以清鍵，可以清除皮重值。除皮重值。v 標(biāo)定功能標(biāo)定功能v 為保證儀器預(yù)定精度可靠性和合法性，儀器必須定期校準(zhǔn)，為保證儀器預(yù)定精度可靠性和合法性，儀器必須定期校準(zhǔn)，為用戶提供一種方便的自動校準(zhǔn)方式。為用戶提供一種方便的自動校準(zhǔn)方式。2.硬件設(shè)計(jì)

35、與制作硬件設(shè)計(jì)與制作v總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)圖10-20總體方案設(shè)計(jì)框圖A/D轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計(jì)圖10-21A/D轉(zhuǎn)換接口電路電源電路設(shè)計(jì) 3.軟件設(shè)計(jì)思路軟件設(shè)計(jì)思路4.稱重?cái)?shù)據(jù)處理技術(shù)稱重?cái)?shù)據(jù)處理技術(shù) v測量精度和可靠性是電子秤設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，引入軟測量精度和可靠性是電子秤設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，引入軟件數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以克服或彌補(bǔ)包括傳感器在件數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以克服或彌補(bǔ)包括傳感器在內(nèi)的各測量環(huán)節(jié)硬件本身的缺陷或弱點(diǎn)，使原來內(nèi)的各測量環(huán)節(jié)硬件本身的缺陷或弱點(diǎn)，使原來靠硬件電路難以實(shí)現(xiàn)的信號處理可以得到解決，靠硬件電路難以實(shí)現(xiàn)的信號處理可以得到解決，提高電子秤的綜合性能。在電子稱重系統(tǒng)中，主提高電子秤的綜合性能。在電子稱重系統(tǒng)中，主要的數(shù)據(jù)處理技術(shù)有：無效物理量的消除、零漂要的數(shù)據(jù)處理技術(shù)有：無效物理量的消除、零漂處理、標(biāo)度變換技術(shù)、非線性補(bǔ)償技術(shù)、數(shù)字濾處理、標(biāo)度變換技術(shù)、非線性補(bǔ)償技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)等。波技術(shù)等。5.軟件流程圖及程序設(shè)計(jì)軟件流程圖及程序設(shè)計(jì)v為了方便程序調(diào)試和提高可靠性，程序設(shè)計(jì)采用為了方便程序調(diào)試和提高可靠性，程序設(shè)計(jì)