一種復合傳感器信號專用數字處理系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種復合傳感器信號專用數字處理系統，它由稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉換模塊、譯碼器及其相連接的電路組成；稱重傳感器為64路；稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉換模塊、緩沖器、二級濾波放大模塊依次相連接，并通過PCL數據總線與工控機相連接。譯碼器一端和PCL數據總線相連接，另一端通過片選器和電平觸發器相連接；電平觸發器連接在A/D轉換模塊上。本實用新型采用新的組成配置，具有64路信號單獨數字處理能力，保持系統所有傳感器的一致性，有效減少了因復合式傳感器的機械問題所產生的信號誤差，實現了傳感器輸出信號的穩定性，實現了稱重數據高速、高精度采樣。
【專利說明】一種復合傳感器信號專用數字處理系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種數字處理系統系統，尤其涉及一種復合傳感器信號專用數字處理系統。
【背景技術】
[0002]目前市場上還未有復合傳感器64路專用數字處理系統，現有的處理系統扔采用傳統的結構形式，將傳感器信號并聯后以8路數據信號的形式直接傳輸給數據采集模塊。數據采集模塊采用基于ISA總線方式，CPU資源占用太高，數據傳輸帶寬太小，占用硬件中斷資源等。且由于現場環境干擾因素眾多，采集到的數據波動大、穩定性差、稱量精度低。無法全方位動態監測每一只傳感器的稱重狀態，從而不能保持各傳感器的一致性，無法在車輛運行中實現稱重數據高速、高精度采樣。
實用新型內容
[0003]為了解決上述問題中的不足之處，本實用新型提供了一種復合傳感器信號專用數字處理系統。
[0004]為解決以上技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種復合傳感器信號專用數字處理系統，它由稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉換模塊、譯碼器及其相連接的電路組成；稱重傳感器為64路；稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉換模塊、緩沖器、二級濾波放大模塊依次相連接，并通過PCL數據總線與工控機相連接。
[0005]譯碼器一端和PCL數據總線相連接，另一端通過片選器和電平觸發器相連接；電平觸發器連接在A/D轉換模塊上。
[0006]本實用新型采用新的組成配置，具有64路信號單獨數字處理能力，保持系統所有傳感器的一致性，有效減少了因復合式傳感器的機械問題所產生的信號誤差，實現了傳感器輸出信號的穩定性，提高了動態稱重數據精確度，數字處理系統基于PCL總線方式，傳輸速度更快，并對每一個傳感器的稱重狀態進行全方位動態監測，實現了稱重數據高速、高精度采樣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0008]圖1為現有系統組合結構示意圖。
[0009]圖2為本實用新型的組合結構示意圖。
[0010]圖3為本實用新型的基礎結構示意圖。
[0011]圖4為PCL數據線信號輸入流程示意圖。
[0012]圖5為放大濾波電路結構示意圖。
[0013]圖6為CS為低電平時的輸出轉換流程【具體實施方式】
[0014]如圖2所示，本實用新型主要由64路稱重傳感器1、放大濾波模塊2、A/D轉換模塊3、譯碼器4及其相連接的電路組成。稱重傳感器1、放大濾波模塊2、A/D轉換模塊3、緩沖器5、二級濾波放大模塊6依次相連接，并通過PCL數據總線與工控機相連接。
[0015]譯碼器一端和PCL數據總線相連接，另一端通過片選器和電平觸發器相連接；電平觸發器連接在A/D轉換模塊上。
[0016]1、信號的傳輸
[0017]在稱重計量系統中，基礎稱重裝置的核心測量元件為多路稱重傳感器組合成的復合傳感器，將復合式傳感器模擬信號以64路數據信號輸出的形式，傳輸給復合傳感器信號專用數字處理系統。基礎結構如圖3。
[0018]2、譯碼信號選擇電路
[0019]由于數據處理系統是基于PCL總線方式的數據采集，在工控機內部運轉的設備都有獨立的地址。數字處理系統作為新添加的設備，也需要有固定的地址。
[0020]譯碼信號選擇電路的主要作用是通過譯碼器與控制電路，控制64路A/D轉換，通過片選器與譯碼器來實現譯碼器信號的選擇。在PCL中地址線輸出不同的地址信號后，片選器都能夠準確地觸發譯碼器的使能端。片選器選用74LS30芯片、74LS00芯片與短接開關。譯碼器選用多個74LS154芯片。其中74LS154是4-16譯碼器，兩個使能端都是低電平有效，四個信號輸入電平決定了低電平信號的輸出引腳。根據電平的排列選擇片選信號的輸出引腳。譯碼過程的最終結果是通過PCL地址線控制，將各路A/D芯片的數據傳輸至PCL總線。要使64路經過A/D轉換后的16位數據同時傳輸到PCL數據線，需要在譯碼環節后增加數據緩沖環節。
[0021]采用74LS244作為PCL數據緩沖器。74LS244是8輸入8輸出觸發器，片選端在低電平有效，其輸入端直接與16位A/D芯片中的八個并行引腳相連，輸出端與PCL數據線連接，片選端與譯碼器的輸出端連接。譯碼器通過PCL低四位地址線的分時選擇輸入，形成8個輸出端低電平的輪流輸出，以形成8個數據觸發器片選端的觸發。最終，通過數據緩沖器，PCL數據線上也可以依次得到64個A/D芯片的高8位與低8位信號。PCL數據線輸入結構如圖4。
[0022]3、放大濾波模塊
[0023]放大濾波模塊為多級，多級放大濾波模塊是數字處理系統對傳感器輸出電壓進行放大和濾波的電路模塊，此模塊最終產生的電壓最終輸入至A/D轉換模塊。因此，放大濾波模塊是A/D轉換模塊的基礎，此模塊的穩定度關系到整個系統的精度。放大濾波模塊的設計方案為:經過計算對傳感器產生的毫伏信號進行放大，通過基準電壓對放大電路輸出值進行調整，通過濾波器對進入A/D轉換模塊的電壓進行有源濾波。在設計放大濾波模塊中，除了選用品質優秀的放大器、濾波器外和毫伏信號放大之前先進行R/C濾波電路，還要對放大倍數進行計算。其中二級濾波放大電路是在模擬信號經A/D轉化之后，進入計算機前再進行放大，配以RC形成的三階ButterWorith-Bessel復合濾波,有效減少紋波對采樣數據的干擾，保證幅頻和相頻的均衡性。多級放大濾波電路結構如圖5。
[0024]傳感器的靈敏度S= 1.0mV/V;電源模塊選擇±5V作為供橋電壓，即輸入電壓Vi=IOVo于是，Vo = ViXS = 10mV。如果選用O?5V電壓接收范圍的A/D芯片，理論上至少需要放大300倍；而在設計中，考慮到更換不同靈敏度系數的傳感器與電壓反饋的影響，精密放大倍數。基準電壓有非反饋式與反饋式兩種產生方式。非反饋式是將數字地作為放大器的基準，通過INA128的電壓是相對地而言的；反饋式是將2.5V作為放大器的基準，通過INA128的電壓就是相對此2.5V的。對于零點電壓為正的通道，可以應用非反饋式；而對于零點電壓為負的通道，必須通過反饋式才能保證滿量程的輸出和準確的線性。此外，數字處理系統選用300Ω的精密電阻作為INA128的放大電阻，通過公式最終可以放大152倍。這樣分別對64路傳感器信號進行增益調節，保持64路傳感器的一致性，有效減少因復合式傳感器的機械問題所產生的信號誤差，實現傳感器輸出信號的穩定性，提高動態稱重數據精確度。
[0025]數字處理系統選用INA128作為放大器，0PA2227作為濾波器與基準電壓跟隨器。INA128是低功耗高精度的通用儀表放大器，它由三個放大器所共同組成，形成差分放大，其放大倍數最終取決于外接反饋電阻的阻值。0PA2227是雙路放大器，在內部集成了兩個運放A和B。運放A對放大信號進行有源濾波；運放B作為電壓跟隨器，穩定基準電壓。
[0026]4、A/D轉換模塊設計
[0027]A/D轉換模塊是數字處理系統實現模數轉換的電路模塊，A/D轉換模塊的輸入信號是經過放大濾波模塊的電壓信號，輸出端是若干位二進制數字信號。
[0028]在數字處理系統的A/D轉換模塊中，主要是設計出一種既要滿足動態軌道衡較快的采樣速率，達到較高的轉換精度，同時能夠對PCL數據線進行傳輸的電路。為了滿足以上要求，首先要選擇合適的A/D轉換芯片，這種芯片必須是雙積分型、并行輸出，轉換精度在16位以上。我們選擇ADS7821作為A/D轉換芯片，它有如下特點:
[0029]I)、16位并行輸出
[0030]2)、每秒鐘100KHZ的轉換速度
[0031]3)、0到+5V的電壓輸入范圍
[0032]4)、+5V的直流電壓供電
[0033]5)、內部參考電壓與外部參考電壓的共存模式
[0034]在DOS環境下，程序不受計算機中斷等時序的影響，能夠直接對數字處理系統操作。因此，設計一套復合傳感器專用處理系統在DOS環境下運行的專用程序，在Windows操作系統下實現驅動、測試硬件。在DOS環境下,應用Turbo C中的語法Data =inportb (Addr)可以得到輸出轉換數據，其中Addr是設備地址,在Turbo C程序設計中，inportb (7F0)能夠控制74LS221芯片產生R/C引腳所需要的低電平。CS為低電平時的轉換流程如圖6。
【權利要求】
1.一種復合傳感器信號專用數字處理系統，其特征在于:它由稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉換模塊、譯碼器及其相連接的電路組成；所述稱重傳感器為64路；稱重傳感器、放大濾波模塊、A/D轉換模塊、緩沖器、二級濾波放大模塊依次相連接，并通過PCL數據總線與工控機相連接； 所述譯碼器一端和PCL數據總線相連接，另一端通過片選器和電平觸發器相連接；所述電平觸發器連接在A/D轉換模塊上。
【文檔編號】G01G23/00GK203798443SQ201320858860
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】顧佳捷 申請人:杭州振華工業稱重科技有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
