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隨著測控系統自動化、智能化的發展，要求傳感器及儀表的準確度更高，可靠性更強，并具有一定的數據處理能力及自檢、自校驗、自補償等功能。傳統測控方式已不能滿足這些要求。近幾年來，由微計算機、傳感器和通訊等技術結合而產生的功能強大的傳感器數據采集系統可以準確、及時地獲得并處理信息，提高了收集環境信息的有效性和速度。智能化、數字化數據采集系統己成為當今科技界研究的熱門課題。 1 總體方案設計 該系統是以C8051f060單片機為核心，對數據進行放大濾波采集，經過單片機內部A／D轉換，最后將數據存入FLASH， 同時可以通過串口將數據傳送到PC機上顯示。采集系統硬件框圖如圖1所示。 1．1 信號放大電路設計 本系統所用Ad623是一款性能非常好的儀表放大器，它有以下特點：a．在單電源3"12V下提供滿電源幅度輸出，使設計更為簡單；b．雖為單電源工作方式優化設計，但在±2．5"±6V雙電源時，仍有優良性能；c．增益通過一只外接電阻可方便地調節。無外接電阻時，被設置為單位增益(G=1)，接人電阻時，增益可高達1000：d．共模抑制比隨增益的增加而增大，保持最小誤差；e．低功耗，寬電源電壓，適合電池供電電路，線性度、溫度穩定性、可靠性好；f．具有較寬的共模輸入范圍，可以放大具有低于地電平150 mv的共模電壓信號。 1．2 信號濾波電路設計 本系統所用MAX291是MAXIM公司生產的八階巴特沃斯型開關電容式有源低通濾波器，它的3dB截止頻率可以在0．1～25kHz之間選擇，具有固定的歸一化頻率響應。時鐘頻率fCLK與截止頻率fC的比值為100：1；噪聲低，典型值為-70dB THD+Noi se。如果直接利用MAX291的內部時鐘振蕩器，只需外接一個電容，電容值和3dB截止頻率滿足: 由式(1)可知，截止頻率由引腳CLK的外接電容的大小控制。選用MAX291實現抗混疊濾波器有巨大的優勢。 圖2是濾波電路的濾波效果對比圖。 從圖中可以看出，信號紋波大大減小，達到了較好的濾波效果。 1．3 A／D轉換的設計與實現 C8051F060的ADC子系統包括兩個1Msps、16位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路、可編程窗口檢測器和：DMA接口，這兩個ADC可以被配置為兩個獨立的單端方式。這兩個ADC也可以被獨立使能或禁止，窗口檢測器和DMA接口都可用特殊功能寄存器控制，其原理框圖如圖3所示。 2 軟件設計 系統加電后，首先對微處理器進行必要的初始化，才能使系統正常工作，主要包括時鐘初始化、數字交叉開關(即端口模式)初始化。然后通過計算機發送命令，讓傳感器完成相應的功能。這些功能是單片機里的程序實現的。這些功能主要包括：a．采集傳感器信號并且經過A／D轉換后保存在FLASH存儲器中；b．讀取FLASH存儲器的數據，經過RS232串口送到計算機；c．讀取FLASH存儲器的數據，這些數據經過濾波處理后經過RS232串口送到計算機；d．擦除FLASH存儲器。其流程圖如圖4所示。 計算機接收到的單片機輸出的部分數據如圖5所示。 3 結束語 由于生產和科研領域對測試的要求越來越高，所需測試和處理的數據量也越來越大，通過采用大容量存儲器和高精度A／D可解決問題，因此本數據采集系統具有一定的應用價值。 |
