作者:   發布時間:2014/6/27 10:20:19   瀏覽次數:2939

光電傳感器混合信號調理電路的設計
壓阻式光電傳感器應用于很多場合，其典型滿量程輸出為mV級，因此，需要采用增益級和其他信號處理電路。設計采用經典的三運放組成儀表放大電路實現模擬信號的放大輸出及歸一化，使用AVR單片機對模擬信號進行采樣處理，通過RS232通信電路實現下位機與上位機的通訊，并且通過上位機對多路開關量進行設置。
1電路硬件設計
光電傳感器混合信號調理電路包括模擬部分和數字部分。模擬電路包含：恒流源電路、放大電路和濾波電路。其中，恒流源電路為光電傳感器供電；放大電路對傳感器的輸出信號進行放大并歸一化；濾波電路抑制放大輸出信號中的干擾。數字電路包括開關量控制電路和RS232通信電路，RS232通信電路主要用于下位機與上位機的通信。
1.1恒流源電路設計
用恒流源供電時，由于采用的傳感器具有靈敏度溫度自補償功能，無需外加電路補償，簡化了電路，節省了成本。圖中c點電壓v是穩定的電壓，由運放的“虛短、虛斷”原理可知：B點電壓VB=VC，則給傳感器供電的電流激勵I=VB/R。需要注意的是，運算放大器的負載包含傳感器電阻橋和電阻R，其中電阻橋l、3端所對應的阻值很大，同時電阻橋的電阻值隨溫度而改變，因此這兩端的壓降也會很大，再加上R的壓降后會更大，因此運算放大器輸出電壓的最大幅值必須足夠大。
1.2運算放大電路設計
儀表放大器具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、高共模抑制比。通常，由集成運算放大器構成的儀表放大器價格較低，適應性較寬；單片式結構在生產時已經調整到很高的精度，但是價格比較昂貴。為了降低成本，采用三運放儀表運算放大電路。
在使用三運放儀表運算放大器時，注意以下3點問題：
(1)這種結構放大差模信號，抑制共模信號。兩級電路之間的中間節點承載著大約一半差分信號與共模信號之和的電
荷量，須確保這個信號處于運放的工作范圍之內。當改變輸入電壓的共模成分時，如果看到類似于飽和的現象，則應首先檢查這里。
(2)流過R4的電流。當把儀表放大器的增益設置得很高時，凡會很小，這意味著當差分電壓很大的時候，R4上產生的電流也會相當大。需要檢查這種情況對系統是否有負面作用。
(3)反饋通路中存在電容。反饋通路的走線應盡可能短，反饋通路中過大的電容在高頻時會使共模抑制比性能降低。
1.3濾波電路設計

光電傳感器混合信號調理電路的設計
干擾抑制包括RC濾波電路以及軟件編寫的數字濾波。RC濾波電路是為了抑制廣譜噪聲和模數轉換前的抗混疊噪
聲；而軟件編寫的數字濾波是為了使單片機的采集信號更準確。RC濾波電路采用二階RC有源低通濾波電路，RC有源濾波器的諧振頻率可由RC網絡任意設定，網絡的損耗由運算放大器補償。
電路同時引入了正反饋和負反饋，當U1信號頻率趨于0時，由于C1的電抗趨于無窮大，正反饋很弱；當U1信號頻率趨于無窮大時，由于C2的電抗趨于O，UP趨于0。因此只要正反饋引入得當，就能在f=fo時，使電壓放大倍數數值增大，又不會因正反饋過強而產生自激振蕩。Q決定了濾波器的幅頻特性。當，>fo時，幅頻特性曲線下降斜率為-40 dB/十倍頗。應用該電路，可以有效地濾除電路中的噪聲。
為了避免模數轉換時可能出現的脈沖干擾和誤差，應用了數字濾波技術。數字濾波技術所使用的方法有：算術平均值法和中值濾波法，編寫程序時，把這兩種方法結合起來使用，既可以對隨機干擾信號進行濾波，也能防止突發的脈沖干擾，達到了良好的濾波效果。
1.4 RS232通信電路設計
RS232通信是PC機與單片機用2根線方式進行全雙工異步通訊。由于AVR單片機輸入輸出電平為TTL電平，PC機配置的是RS232標準串行接口，二者電氣規范不一致，因此必須進行電平轉換。MAX232芯片是一種新類型的電平轉換器，僅需+5V電源供電。這種電平轉換器可將2路TTL電平轉換成RS232電平，也可將2路RS232電平轉換成TTL電平。
1.5開關控制電路設計
開關量控制電路是根據傳感器的信號大小，打開相應的開關，如圖6所示。由于單片機上電具有一定的延時，在剛上電時無法馬上輸出電平控制開關量，為改進這個缺點，加入了CMOS反相管控制開關量，CMOS反相管能在上電時馬上工作。
2軟件設計
軟件分2部分：單片機程序和上位機串口通訊程序。單片機程序要完成上電初始化、數字濾波、ADC采集、開關量控制和與上位機的通訊。上位機將設定的開關量通過RS232電路傳給單片機，并保存在EEPROM中，傳感器輸出的壓力值經過混合信號調理電路放大以及歸一化后，單片機對其進行模數轉換，將轉換得到的結果與EEPROM中的值比較，根據結果所在的開關閾值范圍，打開相應的開關量。
上位機串口通訊程序實現開關量的設定功能。通訊過程中數據都是以字符型進行傳輸，這樣就能避免控制字符和數據的重復，使通訊更安全。上位機的程序是用Visual C++提供的MFC編寫，MFC中的MSComm控件通過串行端口傳輸和接收數據，為應用程序提供串行通訊功能。

東莞市中昊自動化科技有限公司是國外各大知名品牌的一級代理商，產品包括:激光傳感器，光電傳感器，接近傳感器,壓力傳感器,視覺傳感器,電感式接近傳感器,耐高溫接近傳感器,電容式接近傳感器,安全防爆磁性開關,模擬量線性位移,液位傳感器,斷絲檢測器,熱金屬檢測器,色標傳感器,光纖傳感器,安全光幕,超聲波傳感器,旋轉編碼器,光電編碼器,雙編開關,繼電器,開關電源,隔離變送器,接近傳感器,光電傳感器,位移傳感器,顏色傳感器,光電眼,光電檢測器,顏磁接近傳感器,磁傳感器,磁性開關,防爆接近傳感器,leuze傳感器,威格勒傳感器,格威姆接近傳感器,磁體,電磁體,觸頭等產品。

標簽:
光電傳感器

網址：
www.newfu.cn

光電傳感器混合信號調理電路的設計