專(zhuān)利名稱(chēng)：高精度微電腦測(cè)控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測(cè)量控制儀器，具體涉及一種可廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制和信號(hào)采集中的高精度微電腦測(cè)控器。
計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)加載與檢測(cè)裝置被廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制和信號(hào)采集等系統(tǒng)中，目前國(guó)內(nèi)雖有類(lèi)似產(chǎn)品應(yīng)用，但多數(shù)存在結(jié)構(gòu)累冗余，精度較低的缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種檢測(cè)高速度、高精度，抗干擾能力強(qiáng)，易迅速組成各種微型機(jī)控制系統(tǒng)的高精度微電腦測(cè)控器。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下高精度微電腦測(cè)控器，它由微電腦芯片、程控放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)或功率放大器、前置放大器、程控多路選擇開(kāi)關(guān)、EPROM存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器和串行通信口組成。其電路連接關(guān)系為前置放大器由測(cè)控器外部傳感器獲得信號(hào)，其輸出接進(jìn)程控多路選擇開(kāi)關(guān)，選通后輸出接進(jìn)程控放大電路，再接進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換器后進(jìn)入微電腦芯片，由此組成一個(gè)具有比率電壓測(cè)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC電路模板。同時(shí)，微電腦芯片的一路輸出信號(hào)接D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出接信號(hào)或功率放大器，由信號(hào)或功率放大器輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)。此外，微電腦芯片還分別接有EPROM存儲(chǔ)器和RAM存儲(chǔ)器和串行通信器。本測(cè)控器的電源電路向以上各單元電路供電。
本高精度微電腦測(cè)控器的自動(dòng)程控放大電路是由電容器CF、電阻RFI、RG、多路選擇開(kāi)關(guān)和放大器組成，輸入電壓Vout接入放大器輸入端，其輸出接電容器CF、電阻RFI、RG和多路選擇開(kāi)關(guān)。程控多路選擇開(kāi)關(guān)是由一個(gè)雙8路雙向開(kāi)關(guān)和一個(gè)單路選擇開(kāi)關(guān)與一個(gè)基準(zhǔn)電源共同構(gòu)成，接通外部傳感器的輸出Vout，并向其提供電壓輸入Vac。
采用以上設(shè)計(jì)方案，可使本裝置具有高速跟蹤控制、高精度檢測(cè)功能，抗干擾能力強(qiáng)，可根據(jù)使用者的不同要求，迅速組成各種變速跟蹤(過(guò)程)控制和高精度檢測(cè)系統(tǒng)，具有較高的性?xún)r(jià)比。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本測(cè)控器做進(jìn)一步分析

圖1為本實(shí)用新型的原理圖2為具有比率電壓測(cè)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC電路模板電路原理圖；圖3為自動(dòng)程控放大器電路模板電路原理圖；圖4為多路程控選擇開(kāi)關(guān)電路模板電路原理圖；圖5為利用本實(shí)用新型組成的空心板結(jié)構(gòu)性能程控加載檢測(cè)系統(tǒng)原理圖；圖6為利用本實(shí)用新型組成的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)程控加載檢測(cè)系統(tǒng)原理圖參見(jiàn)圖1，此實(shí)用新型的整體電路原理，本實(shí)用新型以微電腦芯片1(如8051)為核心，外接傳感器12，輸入信號(hào)經(jīng)前置放大器6處理后經(jīng)程控多路選擇開(kāi)關(guān)7選通，經(jīng)程控放大電路2進(jìn)行放大處理，送入16位A/D轉(zhuǎn)換器3，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳給微電腦芯片1，該信號(hào)與外接計(jì)算機(jī)13經(jīng)串行通信口10送入微電腦芯片1的給定數(shù)字信號(hào)進(jìn)行比較，比較結(jié)果經(jīng)由串行通信口10傳給外接計(jì)算機(jī)13，作進(jìn)一步分析。比較結(jié)果同時(shí)也可經(jīng)12位D/A轉(zhuǎn)換器電路4將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)或功率放大器5后驅(qū)動(dòng)外部的閥類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)11動(dòng)作。比較結(jié)果還可直接由微電腦芯片1引腳輸出，通過(guò)引出腳高低電平組合變換，經(jīng)外部的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器14，去控制步進(jìn)電機(jī)15正、反轉(zhuǎn)及步進(jìn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。EPROM程序存儲(chǔ)器8用于微電腦芯片1程序的寫(xiě)入與存放；RAM存儲(chǔ)器9用于測(cè)試數(shù)據(jù)的存放。電源電路16向本實(shí)用新型各單元電路提供電源。
參見(jiàn)圖2，是由自動(dòng)程控放大器電路2、A/D轉(zhuǎn)換器3、前置放大器6、程控多路選擇開(kāi)關(guān)7組成的一個(gè)具有比率電壓測(cè)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC電路模板，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程是將電源電路16提供的電壓VO，作為橋路傳感器12的供橋電壓Vac，將VO作為前置放大器6的參考電壓Vref和程控放大電路2的參考電壓Vref，并將Vo作為A/D轉(zhuǎn)換器3的轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓Vref。上述電路，由于A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器3將模擬輸入電壓Vin3轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出的輸出數(shù)字量是以Vref為轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)的，由橋路傳感器12、前置放大器6、程控多路選擇開(kāi)關(guān)7、自動(dòng)程控放大器電路2組成的信號(hào)調(diào)理電路的輸出電壓Vin3是與電源電壓VO相關(guān)的，而A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量是其輸入模擬量Vin3與基準(zhǔn)電壓Vref(即VO)的比值，這就使得電源電壓VO的變化對(duì)DAC電路的數(shù)字量輸出不產(chǎn)生影響，從而降低了為實(shí)現(xiàn)高精度DA轉(zhuǎn)換對(duì)電源的苛刻要求。
參見(jiàn)圖3，為自動(dòng)程控放大器電路2原理圖，這種程控放大電路是由電容器Cf、電阻Rf，I、RG、多路選擇開(kāi)關(guān)17和放大器18組成，輸入電壓Vout接入放大器18輸入端，放大器的放大倍數(shù)K=(2Rf.i/RG+1)，第Ⅰ級(jí)放大倍數(shù)僅由多路選擇開(kāi)關(guān)17的使能端INH和選擇引腳A1、A2、A3的不同組合選擇相應(yīng)的Rf.I既可確定，電路簡(jiǎn)單，概念清晰，避免了同類(lèi)型程控放大電路第Ⅰ級(jí)放大倍數(shù)不僅與相應(yīng)的Rf.I有關(guān)，還與Rf.I+k有關(guān)，某級(jí)放大倍數(shù)電阻變化，不僅引起本級(jí)放大倍數(shù)的變化，而且引起所有放大倍數(shù)的變化，給設(shè)計(jì)和使用帶來(lái)困難。
參見(jiàn)圖4，為多路程控選擇開(kāi)關(guān)電路7的原理圖，這種多路程控選擇開(kāi)關(guān)電路模板是由一個(gè)雙8路雙向開(kāi)關(guān)(7-1)和一個(gè)單8路選擇開(kāi)關(guān)(7-2)與一個(gè)基準(zhǔn)電源19共同構(gòu)成的，能同時(shí)選通某路橋路傳感器的輸出Vout，并向該橋路傳感器提供橋壓輸入Vac。
利用本實(shí)用新型可以很容易迅速組成各種微型機(jī)控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)，如程序控制、DDC和自適應(yīng)控制等。
實(shí)施例1參見(jiàn)圖5，該例是利用本實(shí)用新型組成的空心板結(jié)構(gòu)性能程控加載檢測(cè)系統(tǒng)。圖中虛線(xiàn)方框?yàn)楸緦?shí)用新型控制器。其工作過(guò)程如下由外部計(jì)算機(jī)13發(fā)出的控制步進(jìn)電機(jī)加載的指令信號(hào)，經(jīng)串行口10送入微控制器1(如8051)，微控制器1首先檢測(cè)外接力傳感器22當(dāng)前力值，并與給定指令信號(hào)進(jìn)行比較，其比較結(jié)果通過(guò)微控制器1(如8051的P1..0、P1..1)引腳輸出，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器14后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)15正、反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)蝸桿蝸輪作動(dòng)器21作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空心板20的加載和卸載操作，空心板20的變形及受荷載由測(cè)力傳感器22、電測(cè)百分表12(位移傳感器)檢測(cè)后，送入本控制器，經(jīng)多路選擇開(kāi)關(guān)7分時(shí)送入自動(dòng)程控放大電路2放大后，經(jīng)由16位高精度A/D轉(zhuǎn)換器3將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送入微控制器1比較處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空心板結(jié)構(gòu)性能程控加載檢測(cè)。
實(shí)施例2參見(jiàn)圖6，該例是利用本實(shí)秀新型組成的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)程控加載檢測(cè)系統(tǒng)。圖中需線(xiàn)方框?yàn)楸緦?shí)用新型控制器。其工作過(guò)程如下由外部計(jì)算機(jī)13發(fā)出的控制液壓試驗(yàn)機(jī)加載的指令信號(hào)，經(jīng)串行口10送入微控制器1(如8051)，微控制器1首先檢測(cè)外接力傳感器22當(dāng)前力值，并與給定指令信號(hào)進(jìn)行比較，其比較結(jié)果通過(guò)微控制器1(如8051)、12位DAC電路4、信號(hào)放大器5、電磁比例閥控制器11控制試驗(yàn)機(jī)23加、卸載過(guò)程。試件24的變形及受荷載大小由測(cè)力傳感器22、電測(cè)百分表12(位移傳感器)檢測(cè)后，送入本控制器，經(jīng)程控多路選擇開(kāi)關(guān)7分時(shí)送入自動(dòng)程控放大電路2放大后，經(jīng)由16位高精度A/D轉(zhuǎn)換器3將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送入微控制器1比較處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試件程控加載檢測(cè)。
在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，把被控制量作為變形和荷載來(lái)說(shuō)明，但本實(shí)用新型不僅限于這種情況，還可適用于所有高精度的控制器，多通道測(cè)量?jī)x器，例如對(duì)于以壓力、濕度為被控制量的控制器是有效的，對(duì)于以應(yīng)變測(cè)量為主的測(cè)量?jī)x器也是有效的。
權(quán)利要求1．高精度微電腦測(cè)控器，其特征在于它由微電腦芯片(1)、程控放大電路(2)、A/D轉(zhuǎn)換器(3)、D/A轉(zhuǎn)換電路(4)、信號(hào)或功率放大器(5)、前置放大器(6)、程控多路選擇開(kāi)關(guān)(7)、EPROM存儲(chǔ)器(8)、RAM存儲(chǔ)器(9)和串行通信口(10)組成，其電路連接關(guān)系為前置放大器(6)由測(cè)控器外部傳感器接入信號(hào)，其輸出接進(jìn)程控多路選擇開(kāi)關(guān)(7)，經(jīng)選通后輸出接進(jìn)程控放大電路(2)，再接進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換器(3)后進(jìn)入微電腦芯片(1)，由此組成一個(gè)具有比率電壓測(cè)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC電路模板；微電腦芯片(1)的一路輸出信號(hào)接D/A轉(zhuǎn)換電路4，D/A轉(zhuǎn)換電路(4)的輸出接信號(hào)或功率放大器(5)，由信號(hào)或功率放大器(5)輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)測(cè)控器外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)；微電腦芯片(1)分別接有EPROM存儲(chǔ)器(8)和RAM存儲(chǔ)器(9)和串行通信口(10)電源電路(16)向以上各單元電路供電。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度微電腦測(cè)控器，其特征在于所述程控放大電路(2)是由電容器CF、電阻RFI、RG、多路選擇開(kāi)關(guān)(17)和放大器(18)組成，其輸入接電容器CF、電阻RFI、RG和多路選擇開(kāi)關(guān)(17)，經(jīng)放大器(18)后輸出。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高精度微電腦測(cè)控器，其特征在于程控多路選擇開(kāi)關(guān)(7)是由一個(gè)雙(8)路雙向開(kāi)關(guān)(7-1)和一個(gè)單(8)路選擇開(kāi)關(guān)(7-2)與一個(gè)基準(zhǔn)電源(19)共同構(gòu)成，接通外部傳感器的輸出Vout，并向其提供電壓輸入Vac。
專(zhuān)利摘要高精度微電腦測(cè)控器,由微電腦芯片、程控放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)或功率放大器、前置放大器、程控多路選擇開(kāi)關(guān)、EPROM存儲(chǔ)器、RAM存儲(chǔ)器和串行通信口組成,其中由程控放大器電路、A/D轉(zhuǎn)換器、前置放大器、程控多路選擇開(kāi)關(guān)組成具有比率電壓測(cè)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC電路模板。本測(cè)控器具有高速跟蹤控制、高精度檢測(cè)功能,抗干擾能力強(qiáng),可根據(jù)使用者的不同要求,迅速組成各種變速跟蹤(過(guò)程)控制和高精度檢測(cè)系統(tǒng),具有較高的性?xún)r(jià)比。
文檔編號(hào)G05B15/00GK2433651SQ00223648
公開(kāi)日2001年6月6日 申請(qǐng)日期2000年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月6日
發(fā)明者李輝 申請(qǐng)人:李輝