CN2433651Y - 高精度微电脑测控器 - Google Patents

Abstract

高精度微电脑测控器,由微电脑芯片、程控放大电路、A/D转换器、D/A转换电路、信号或功率放大器、前置放大器、程控多路选择开关、EPROM存储器、RAM存储器和串行通信口组成,其中由程控放大器电路、A/D转换器、前置放大器、程控多路选择开关组成具有比率电压测量的模数转换器ADC电路模板。本测控器具有高速跟踪控制、高精度检测功能,抗干扰能力强,可根据使用者的不同要求,迅速组成各种变速跟踪(过程)控制和高精度检测系统,具有较高的性价比。

Description

高精度微电脑测控器

本实用新型属于测量控制仪器，具体涉及一种可广泛应用于过程控制和信号采集中的高精度微电脑测控器。

计算机控制试验加载与检测装置被广泛应用于过程控制和信号采集等系统中，目前国内虽有类似产品应用，但多数存在结构累冗余，精度较低的缺点。

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种检测高速度、高精度，抗干扰能力强，易迅速组成各种微型机控制系统的高精度微电脑测控器。

本实用新型的技术方案如下：

高精度微电脑测控器，它由微电脑芯片、程控放大电路、A/D转换器、D/A转换电路、信号或功率放大器、前置放大器、程控多路选择开关、EPROM存储器、RAM存储器和串行通信口组成。其电路连接关系为：前置放大器由测控器外部传感器获得信号，其输出接进程控多路选择开关，选通后输出接进程控放大电路，再接进A/D转换器后进入微电脑芯片，由此组成一个具有比率电压测量的模数转换器ADC电路模板。同时，微电脑芯片的一路输出信号接D/A转换电路，D/A转换电路的输出接信号或功率放大器，由信号或功率放大器输出信号驱动外部执行机构。此外，微电脑芯片还分别接有EPROM存储器和RAM存储器和串行通信器。本测控器的电源电路向以上各单元电路供电。

本高精度微电脑测控器的自动程控放大电路是由电容器CF、电阻RFI、RG、多路选择开关和放大器组成，输入电压Vout接入放大器输入端，其输出接电容器CF、电阻RFI、RG和多路选择开关。程控多路选择开关是由一个双8路双向开关和一个单路选择开关与一个基准电源共同构成，接通外部传感器的输出Vout，并向其提供电压输入Vac。

采用以上设计方案，可使本装置具有高速跟踪控制、高精度检测功能，抗干扰能力强，可根据使用者的不同要求，迅速组成各种变速跟踪(过程)控制和高精度检测系统，具有较高的性价比。

以下结合附图和实施例对本测控器做进一步分析：

图1为本实用新型的原理图；

图2为具有比率电压测量的模数转换器ADC电路模板电路原理图；

图3为自动程控放大器电路模板电路原理图；

图4为多路程控选择开关电路模板电路原理图；

图5为利用本实用新型组成的空心板结构性能程控加载检测系统原理图；

图6为利用本实用新型组成的万能材料试验机程控加载检测系统原理图：

参见图1，此实用新型的整体电路原理，本实用新型以微电脑芯片1(如8051)为核心，外接传感器12，输入信号经前置放大器6处理后经程控多路选择开关7选通，经程控放大电路2进行放大处理，送入16位A/D转换器3，将模拟信号转换为数字信号，传给微电脑芯片1，该信号与外接计算机13经串行通信口10送入微电脑芯片1的给定数字信号进行比较，比较结果经由串行通信口10传给外接计算机13，作进一步分析。比较结果同时也可经12位D/A转换器电路4将数字信号转换成模拟信号，并经信号或功率放大器5后驱动外部的阀类执行机构11动作。比较结果还可直接由微电脑芯片1引脚输出，通过引出脚高低电平组合变换，经外部的步进电机驱动器14，去控制步进电机15正、反转及步进数，实现对被控对象的控制。EPROM程序存储器8用于微电脑芯片1程序的写入与存放；RAM存储器9用于测试数据的存放。电源电路16向本实用新型各单元电路提供电源。

参见图2，是由自动程控放大器电路2、A/D转换器3、前置放大器6、程控多路选择开关7组成的一个具有比率电压测量的模数转换器ADC电路模板，其实现过程是将电源电路16提供的电压VO，作为桥路传感器12的供桥电压Vac，将VO作为前置放大器6的参考电压Vref和程控放大电路2的参考电压Vref，并将Vo作为A/D转换器3的转换基准电压Vref。上述电路，由于A/D转换器3将模拟输入电压Vin3转换为数字量输出的输出数字量是以Vref为转换基准的，由桥路传感器12、前置放大器6、程控多路选择开关7、自动程控放大器电路2组成的信号调理电路的输出电压Vin3是与电源电压VO相关的，而A/D转换器的输出数字量是其输入模拟量Vin3与基准电压Vref(即VO)的比值，这就使得电源电压VO的变化对DAC电路的数字量输出不产生影响，从而降低了为实现高精度DA转换对电源的苛刻要求。

参见图3，为自动程控放大器电路2原理图，这种程控放大电路是由电容器Cf、电阻Rf，I、RG、多路选择开关17和放大器18组成，输入电压Vout接入放大器18输入端，放大器的放大倍数K=(2Rf.i/RG+1)，第Ⅰ级放大倍数仅由多路选择开关17的使能端INH和选择引脚A1、A2、A3的不同组合选择相应的Rf.I既可确定，电路简单，概念清晰，避免了同类型程控放大电路第Ⅰ级放大倍数不仅与相应的Rf.I有关，还与Rf.I+k有关，某级放大倍数电阻变化，不仅引起本级放大倍数的变化，而且引起所有放大倍数的变化，给设计和使用带来困难。

参见图4，为多路程控选择开关电路7的原理图，这种多路程控选择开关电路模板是由一个双8路双向开关(7-1)和一个单8路选择开关(7-2)与一个基准电源19共同构成的，能同时选通某路桥路传感器的输出Vout，并向该桥路传感器提供桥压输入Vac。

利用本实用新型可以很容易迅速组成各种微型机控制系统和检测系统，如程序控制、DDC和自适应控制等。

实施例1：参见图5，该例是利用本实用新型组成的空心板结构性能程控加载检测系统。图中虚线方框为本实用新型控制器。其工作过程如下：由外部计算机13发出的控制步进电机加载的指令信号，经串行口10送入微控制器1(如8051)，微控制器1首先检测外接力传感器22当前力值，并与给定指令信号进行比较，其比较结果通过微控制器1(如8051的P1..0、P1..1)引脚输出，经步进电机驱动器14后驱动步进电机15正、反转，带动蜗杆蜗轮作动器21作直线运动，实现对空心板20的加载和卸载操作，空心板20的变形及受荷载由测力传感器22、电测百分表12(位移传感器)检测后，送入本控制器，经多路选择开关7分时送入自动程控放大电路2放大后，经由16位高精度A/D转换器3将模拟信号转换成数字信号，送入微控制器1比较处理，从而实现对空心板结构性能程控加载检测。

实施例2：参见图6，该例是利用本实秀新型组成的万能材料试验机程控加载检测系统。图中需线方框为本实用新型控制器。其工作过程如下：由外部计算机13发出的控制液压试验机加载的指令信号，经串行口10送入微控制器1(如8051)，微控制器1首先检测外接力传感器22当前力值，并与给定指令信号进行比较，其比较结果通过微控制器1(如8051)、12位DAC电路4、信号放大器5、电磁比例阀控制器11控制试验机23加、卸载过程。试件24的变形及受荷载大小由测力传感器22、电测百分表12(位移传感器)检测后，送入本控制器，经程控多路选择开关7分时送入自动程控放大电路2放大后，经由16位高精度A/D转换器3将模拟信号转换成数字信号，送入微控制器1比较处理，从而实现对试件程控加载检测。

在本实用新型的实施例中，把被控制量作为变形和荷载来说明，但本实用新型不仅限于这种情况，还可适用于所有高精度的控制器，多通道测量仪器，例如对于以压力、湿度为被控制量的控制器是有效的，对于以应变测量为主的测量仪器也是有效的。

Claims (3)

1．高精度微电脑测控器，其特征在于它由微电脑芯片(1)、程控放大电路(2)、A/D转换器(3)、D/A转换电路(4)、信号或功率放大器(5)、前置放大器(6)、程控多路选择开关(7)、EPROM存储器(8)、RAM存储器(9)和串行通信口(10)组成，其电路连接关系为：前置放大器(6)由测控器外部传感器接入信号，其输出接进程控多路选择开关(7)，经选通后输出接进程控放大电路(2)，再接进A/D转换器(3)后进入微电脑芯片(1)，由此组成一个具有比率电压测量的模数转换器ADC电路模板；微电脑芯片(1)的一路输出信号接D/A转换电路4，D/A转换电路(4)的输出接信号或功率放大器(5)，由信号或功率放大器(5)输出信号驱动测控器外部执行机构；微电脑芯片(1)分别接有EPROM存储器(8)和RAM存储器(9)和串行通信口(10)电源电路(16)向以上各单元电路供电。

2．根据权利要求1所述的高精度微电脑测控器，其特征在于所述程控放大电路(2)是由电容器CF、电阻RFI、RG、多路选择开关(17)和放大器(18)组成，其输入接电容器CF、电阻RFI、RG和多路选择开关(17)，经放大器(18)后输出。

3．根据权利要求1或2所述的高精度微电脑测控器，其特征在于程控多路选择开关(7)是由一个双(8)路双向开关(7-1)和一个单(8)路选择开关(7-2)与一个基准电源(19)共同构成，接通外部传感器的输出Vout，并向其提供电压输入Vac。

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