隨著社會的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們對生活質(zhì)量的追求也在提高。衣食住行，服裝得先行，市場上不斷推出各種流行面料和流行時尚，幾乎每一天都有新面料的問世。這樣，就對這些面料的測試提出了更高的要求，而對面料織物的各種技術(shù)性能測試中，縮水率的測定又是很重要的一項，它是面料測試中十分關(guān)鍵的技術(shù)指標。因此，研制出性能優(yōu)良，價格適宜，質(zhì)量可靠、智能化高的新一代縮水率機便成了當(dāng)務(wù)之急。

縮水率機，顧名思義就是測量織物縮水率的機器，我們的第一代產(chǎn)品用目前的眼光來看，體積龐大，外觀粗糙，電路陳舊不簡潔，可靠性差，主要部件均為自產(chǎn)，如電機等還經(jīng)常損壞。這次，經(jīng)過市場調(diào)查和分析，我們發(fā)現(xiàn)西門子和滾筒式洗衣機的外觀，機械結(jié)構(gòu)、電機、電磁閥等在同行中都較領(lǐng)先，而且和我們的要求相近。因此，我們提出了利用西門子殼體改制縮水率機的構(gòu)想，通過解剖，摒棄了其所有機械程控部分，改用我們自己設(shè)計的新的控制系統(tǒng)。程序按照有關(guān)國際和國內(nèi)標準運行，經(jīng)過實踐證明，我們的方案是成功的！

本文主要介紹傳感器的數(shù)據(jù)采集過程，并對其器件的用法和電路的整個工作流程都作了詳細的說明。

一． 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖一）

（圖一）

1、 鍵盤顯示電路，如按鍵的查詢、溫度的顯示、水位的顯示等均要由它來完成。因此，按鍵和面板顯示不能占主CPU太多的時間，因此，我們采用非常成熟的8279芯片來管理鍵盤和顯示，達到了很好的效果。

2、 傳感器的數(shù)據(jù)采集，單用一片AT89C52作為溫度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)的采集。

數(shù)據(jù)采集完成以后通過RS485信號傳給主CPU板。

3、 外設(shè)的驅(qū)動部分通過固態(tài)繼電器完成。固態(tài)繼電器無機械觸點、帶光電隔離、驅(qū)動簡單、無火花，更重要的是有過零觸發(fā)，使用電設(shè)備的開關(guān)均在輸入AC的零點，減小了干擾。所以，在本機中，這些設(shè)備均采用固態(tài)繼電器（其中，電機調(diào)速部分采用DCSSR）。在整個過程中，電機的控制是關(guān)鍵，通過對其電機的結(jié)構(gòu)及電路的徹底解剖后，發(fā)現(xiàn)其控制電路是一塊由從MOTOROLA公司產(chǎn)的TDA1085C的專用電路控制，整個控制部分做得簡潔可靠。有鑒于此，我們決定通過間接控制這塊板來達到控制電機的目的。這樣，既節(jié)約了成本，又提高了可靠性

4、 主CPU板為整個系統(tǒng)的核心，它完成傳感器數(shù)據(jù)的采集并進行處理，然后送顯示，并且按程序要求驅(qū)動外設(shè)動作。其中，主CPU和鍵盤顯示電路接口時禁止主CPU數(shù)據(jù)總線直接和外設(shè)進行IO操作（通過扁平電纜和對方相連），保證了顯示的穩(wěn)定，按鍵的正確判斷。主從兩CPU之間采用半雙工RS485接口進行串行通訊，抗干擾能力很強。同時，由于從CPU已將溫度、水位等數(shù)據(jù)處理整合，打包后發(fā)給主CPU，減輕了主CPU的負擔(dān)。由于整個系統(tǒng)的需要擴展的口線很多，所以在主電路中采用邏輯整合芯片ISPLSI2064來擴展I/O口以及其它邏輯功能的完成。

二．傳感器的數(shù)據(jù)采集電路（圖二）

（圖二）

1． 水位檢測

在技術(shù)要求中有實時顯示水位這一要求，按照以前那種方法（浮子法）只能有幾個水位點，而不能連續(xù)測量，而且老是發(fā)生水位失控產(chǎn)生溢出的現(xiàn)象，所以我們選用美國SMI公司微壓傳感器SMI5551，利用原有皮管，用測量水位變化導(dǎo)致氣壓的變化來間接測量水位，原理如圖三：

（圖三）

2． 信號的放大調(diào)整

鑒這種傳感器為微壓傳感器，輸出為毫伏級，所以用儀表放大器進行放大。

儀表放大器選用美國TI公司的INA128，它是一種低電壓通用型儀表放大器，

其特點如下：

低失調(diào)電壓：50μVmax;

低漂移：0.5μV/℃max;

低輸入漂流：5nA max;

高共模抑制比：120dB min;

寬通帶：200kHz （G=100）；

輸入過壓保護：±40V；

寬電源電壓范圍：±2.25～±18V；

低靜態(tài)電流：700μA；

8腳塑料DIP和SO－8封裝。

由于特性優(yōu)良，加之體積小，并可用一個外部電阻方便地從1到10000設(shè)定增益，使得INA128能夠廣泛應(yīng)用于信號采集放大、醫(yī)用儀器及多通道系統(tǒng)等很多領(lǐng)域，可以在低至±2.25V的電源電壓下工作并且靜態(tài)工作電流很小，是便攜式和其它用電池供電系統(tǒng)的理想器件。

A． INA128應(yīng)用注意事項

增益設(shè)定

圖二表示了INA128的基本連接。用一個獨立的外部電阻RG可以獲得的放大倍數(shù)為：G=1＋50kΩ/RG。

式中50kΩ為INA128內(nèi)部的兩個放大器反饋電阻之和，它們都經(jīng)過激光校正，具有很高的精度和很小的溫度系數(shù)，手冊給定的器件性能已經(jīng)包括了它們的影響。外接電阻的精度及溫度穩(wěn)定性直接影響增益，特別是增益較大時（G≥100），連線及插口的電阻也會對增益帶來附加誤差。也就是說，式中的RG值應(yīng)為外接電阻與連線等雜散電阻的總和。

噪聲干擾

INA128的內(nèi)部噪聲很小，當(dāng)G≥100時，0.1到10Hz的低頻噪聲大約只有0.2μVp－p，這比目前最新的低噪聲斬波放大器還要小很多。為減小外部干擾和電源噪聲的影響，應(yīng)在緊靠電源引腳的地方加接去耦電容器。

另外，輸出電壓是以Ref端為參考點的，一般情況下，Ref應(yīng)該良好接地，以保證放大器良好的共模抑制比。在引腳Ref增加8Ω的串聯(lián)電阻，就會使共模抑制比下降80dB（G=1）。

本例中在Ref端接1.2V基準是為了配合微壓傳感器SMI5551的輸出范圍以及后級AD轉(zhuǎn)換的輸出范圍。

失調(diào)補償

INA128經(jīng)過激光校正，因此，失調(diào)和溫漂都很小，多數(shù)情況下無需調(diào)整，必要時可對電路進行外部補償。加電壓跟隨器將調(diào)零電路與儀表放大器加以隔離，維持引腳Ref的低阻抗，保證了放大器良好的共模抑制比。電流源可用集成電路（例如REF200），也可用電阻代替。當(dāng)然，用電阻時，電源不穩(wěn)會對輸出產(chǎn)生影響。

輸入端電荷泄放通路

INA128的輸入阻抗很高，容易產(chǎn)生電荷積累，使輸入端電壓超過共模電壓容許范圍，造成輸入放大器飽和。但可為電荷提供泄放通路的幾種方法。利用變壓器的次級中心抽頭作為泄放通路。對于熱電偶這類低阻抗信號源，在一端接泄漏電阻。而對于高阻信號源，象話筒和水下檢測器等，應(yīng)采用對稱電路，以減小輸入失調(diào)，提高共模抑制比。

共模輸入信號范圍

若輸入信號中的共模電壓過大時，會使輸入放大器飽和。在臨界飽和時，VO的輸出電壓為VO=VCM－VO/2。INA128的線性輸入范圍大約從負電源以上1.7V到正電源以下1.4V。對于確定的電源電壓，輸出電壓Vo越大，允許的共模信號越小。如果過大的共模輸入AO使得飽和。

低電壓運行

INA128的最大特點是適用的電源電壓范圍很寬。電源電壓從±2.25V到±18V變化時，大部分參數(shù)仍能維持很好的性能，INA128可在低電壓下使用，可以作為便攜式或電池供電系統(tǒng)的理想器件。但在低電壓使用時要特別注意，保證輸入信號被限制在線性范圍之內(nèi)，共模輸入電壓也不能太大。

輸入保護

INA128的輸入保護電路都可提供±40V的過壓保護，即是說，一個輸入端加－40V電壓、另一個輸入端加＋40V電壓也不會帶來損壞。在正常信號條件下，過壓保護電路呈現(xiàn)低串聯(lián)阻抗；當(dāng)輸入電壓過大時，保護電路可使輸入電流限制在1.5～5mA的安全范圍之內(nèi)。INA128在不加電源的情況下，對輸入端可能產(chǎn)生的靜電電荷也具有過壓保護作用。

三． AD轉(zhuǎn)換電路（圖二）

INA128把毫伏級信號放大為1.2V---5V，再由AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

AD轉(zhuǎn)換器選用用美國TI公司的高速8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0820AC。

TLC0820AC是先進LinCMOS 8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。均由兩個4位快閃轉(zhuǎn)換器、一個4位數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一個加法（誤差）放大器、控制邏輯及一個結(jié)果鎖定電路構(gòu)成。改進的快閃技術(shù)可使低功率集成電路在整個溫度范圍內(nèi)以1.18μs完成8位轉(zhuǎn)換。片內(nèi)采樣與保持電路具有100ns采樣窗，允許這些器件以高達100mV/μs的斜升速率轉(zhuǎn)換連續(xù)模擬信號而無需外部采樣器件。與TTL兼容的3態(tài)輸出驅(qū)動器及兩種工作方式允許與不同微處理器接口。其特點如下：

先進的LinCMOS硅門技術(shù)

8位分辨率

差分基準輸入

并行微處理器接口

在溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換及存取時間，讀方式：2.5μs Max

無需外部時鐘或振蕩器

片內(nèi)采樣與保持

單5伏電源

用TLC0820AC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，再參照量化曲線算出水位，并且取多次水位的平均值以消除由于滾桶的轉(zhuǎn)動而引起水位的變化。用軟件自動完成了放大器的漂移的消除和調(diào)零功能。

四．通訊接口電路（圖四）

圖四

主從兩CPU之間采用半雙工RS485接口進行串行通訊，抗干擾能力很強。同時，由于從CPU已將溫度、水位等數(shù)據(jù)處理整合，打包后發(fā)給主CPU，減輕了主CPU的負擔(dān)。

RS485串行通訊接口選用用美國TI公司75LBC184，并通過光藕TIL191和SN7400進行電氣隔離。

SN75LBC184差分數(shù)據(jù)線收發(fā)器商業(yè)標準兼容，片內(nèi)A、B引腳接有高能量瞬變干擾保護裝置，這種結(jié)構(gòu)能承受峰值為400W（典型值）的過壓瞬變（如雷電、靜電放電和交流電故障），從而顯著地提高了器件抗過壓瞬變的可靠性。普通的RS-485收發(fā)器很容易被過壓瞬變損壞，如果要有效地加以保護，一般需外加包括隔離變壓器在內(nèi)的保護器件。若使用LBC184，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護元件，這提供了一種可靠、低價和簡單的設(shè)計方案。

本器件還具有適合于電噪聲環(huán)境中的合用數(shù)據(jù)總線應(yīng)用的許多特點。差分驅(qū)動器設(shè)計成限斜率的，這種設(shè)計，通信數(shù)據(jù)率仍可達250kbit/s，并使電磁干擾減到最小，同時能減少傳輸線終端不匹配引起的反射，因而可降低對傳輸線匹配的要求。接收器的獨特設(shè)計是當(dāng)輸入端開路時，其輸出為高電平，這一特性保證接收器輸入端電纜有開路故障時，不影響系統(tǒng)的正常工作。接收器的另一特點是輸入阻抗為RS-485標準輸入阻抗的2倍（≥24kΩ），故可以在總線上連接64個收發(fā)器。

SN75LBC184將RS485通信中各種故障（包括瞬變電壓、ESD、電磁干擾、總線開路、熱故障等）的防范措施集成到一個芯片內(nèi)。SN75LBC184不僅可以抑制瞬變電壓（如雷電等），還有其它多種故障抑制特性，是RS485通信中常見故障最完全的集成解決方案。

特性

具有瞬變電壓抑制功能，能防雷電和抗靜電放電沖擊

限斜率驅(qū)動器，使電磁干擾減到最小，并能減少傳輸線終端不匹配引起的反射

總線上可掛64個收發(fā)器

具有熱關(guān)斷保護

低禁止電源電流：300μA（最大）

接收器輸入端開路故障保護

ESD電壓可達±8kV

將收發(fā)器和瞬變電壓抑制器集成在一起，節(jié)省電路板空間，特別適合于野外或工業(yè)現(xiàn)場的通信。

SN75LBC184提供8腳塑料DIP（N）封裝和SOIC（D）封裝。

SN75LBC184：0℃～70℃

五．總結(jié)

通過以上對硬件的介紹，再配合適當(dāng)?shù)能浖鞠到y(tǒng)就可穩(wěn)定可靠的完成各傳感器的數(shù)據(jù)采集并實時發(fā)送給主CPU以實現(xiàn)對整各系統(tǒng)的控制。

責(zé)任編輯：gt