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1、第七章 传感器与微机接口技术,西安电子科技大学 模式识别与智能控制研究所 林三虎,传感与检测系统基本构成,为了实现控制的自动化、智能化，传感器输出信号需要传送到计算机进行处理，因此必须在传感器和计算机之间设计一个接口电路。 基本的传感与检测系统结构图,信号预处理,传感器输出方式,信号预处理,开关信号 当传感器输入物理量小于某个阈值时，传感器处于“关”状态；当传感器输入物理量大于某个阈值时，传感器处于“开”状态。 为了消除噪声的影响，一般采取滤波和施密特触发器进行处理。,信号预处理,脉冲峰值式信号 许多传感器在受到输入冲击时，输出信号呈指数衰减。 一般通过限幅电路转换成窄脉冲，再采用峰值保持电路
2、变成方波,信号预处理,脉冲宽度式、脉冲间隔式信号 传感器输出脉冲宽度受到被测物理量调制，与被测量大小成正比。 计数法计数。 时间/峰值转换电路（TAC）转换成电压峰值。,信号预处理,模拟连续式信号 电压式传感器输出只需放大即可。 电流式传感器输出通过电流-电压转换电路转变成电压。 电阻变化式传感器常用交、直流电桥转换成电压。 电感、电容式传感器常用交流电桥转变成调幅信号或用谐振电路转变成调幅或调频信号，然后检波或鉴频变成电压。,信号预处理,频率变化式 模拟频率式采用鉴频器 脉冲重复频率式采用数字频率计 数字电量式 数字脉冲式，采用数字频率计 数字编码式，一般采用格雷码，需要转换成8421码,信
3、号预处理,传感器输出信号的特点 传感器输出信号电平差别大，通常在uVV。 叠加有很高的共模噪声。 仪表放大器（测量放大器） 高增益 高共模抑制比 低噪声 高精度 低漂移 高输入阻抗 高稳定性,信号预处理,程控增益控制 事先对每个信号的大小做出估计，相应的电路增益存入计算机。当对某个信号进行采集时，由计算机将相应的增益代码送入增益控制电路，实现增益控制。 自动增益控制 对信号作试探放大、量化，经逻辑电路判断后调解增益。,数据采集,典型的数据采集系统由传感器、放大器(IA)、模拟多路开关(MUX)、采样保持电路(SHA)、A/D变换器、CPU和数字逻辑电路组成 左图采用SHA实现同时采样，利用MU
4、X轮流进行量化 右图每路各用1个A/D变换器，可实现快速采集,数据采集,在低速度情况下为了节约成本，可以利用模拟开关 左图只用了一个IA、SHA和A/D，缺点是地电平差异会导致测量误差 右图采用差动放大，避免了地电平差异的影响,数据采集,采样周期 采样周期上限由香农采样定理决定 采样周期的下限是CPU运算速度 模拟开关(MUX) 导通电阻小，典型值170300ohm 关断时泄漏电流小，典型值0.22mA 导通/关断时间小，典型值0.8us 通道间耦合小 采样保持电路(SHA) 锁定信号电平，使信号电平不变，便于进行量化 目前许多A/D变换器内部带有SHA,数据采集,A/D变换器类型 逐次逼近型
5、 双积分型 V/F变换型 A/D变换器主要指标 量程，可转换的电压范围，一般15V。 分辨率，输出数据的位数，一般816位。 精度，包括量化误差，线性误差，零位误差，通常用LSB 转换时间，完成一次转换所需的最长时间。,数据处理,非线性校正 由于许多环节都具有非线性，因此最终的实际输出与被测物理量输入之间具有非线性 硬件校正 通过模拟电路、特殊的A/D变换器、或者数字电路进行校正 成本高、复杂，效果差 软件校正 线性插值法 二次插值法,数据处理,标度变换 无论测量什么量纲的物理量，测量结果最终都将转换为二进制数，为了显示、打印、记录的方便，需要将这些二进制数转换成原来的量纲，称为标度变换。 对于线性仪表，标度变换公式为 A0和Am分别表示仪表的下限和上限 N0和Nm分别表示仪表下限和上限对应的二进制数 Ax和Nx表示仪表测量值和对应的二进制数,
