一种复合传感器信号专用数字处理系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种复合传感器信号专用数字处理系统，它由称重传感器、放大滤波模块、A/D转换模块、译码器及其相连接的电路组成；称重传感器为64路；称重传感器、放大滤波模块、A/D转换模块、缓冲器、二级滤波放大模块依次相连接，并通过PCL数据总线与工控机相连接。译码器一端和PCL数据总线相连接，另一端通过片选器和电平触发器相连接；电平触发器连接在A/D转换模块上。本实用新型采用新的组成配置，具有64路信号单独数字处理能力，保持系统所有传感器的一致性，有效减少了因复合式传感器的机械问题所产生的信号误差，实现了传感器输出信号的稳定性，实现了称重数据高速、高精度采样。
【专利说明】一种复合传感器信号专用数字处理系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种数字处理系统系统，尤其涉及一种复合传感器信号专用数字处理系统。
【背景技术】
[0002]目前市场上还未有复合传感器64路专用数字处理系统，现有的处理系统扔采用传统的结构形式，将传感器信号并联后以8路数据信号的形式直接传输给数据采集模块。数据采集模块采用基于ISA总线方式，CPU资源占用太高，数据传输带宽太小，占用硬件中断资源等。且由于现场环境干扰因素众多，采集到的数据波动大、稳定性差、称量精度低。无法全方位动态监测每一只传感器的称重状态，从而不能保持各传感器的一致性，无法在车辆运行中实现称重数据高速、高精度采样。
实用新型内容
[0003]为了解决上述问题中的不足之处，本实用新型提供了一种复合传感器信号专用数字处理系统。
[0004]为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种复合传感器信号专用数字处理系统，它由称重传感器、放大滤波模块、A/D转换模块、译码器及其相连接的电路组成；称重传感器为64路；称重传感器、放大滤波模块、A/D转换模块、缓冲器、二级滤波放大模块依次相连接，并通过PCL数据总线与工控机相连接。
[0005]译码器一端和PCL数据总线相连接，另一端通过片选器和电平触发器相连接；电平触发器连接在A/D转换模块上。
[0006]本实用新型采用新的组成配置，具有64路信号单独数字处理能力，保持系统所有传感器的一致性，有效减少了因复合式传感器的机械问题所产生的信号误差，实现了传感器输出信号的稳定性，提高了动态称重数据精确度，数字处理系统基于PCL总线方式，传输速度更快，并对每一个传感器的称重状态进行全方位动态监测，实现了称重数据高速、高精度采样。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0008]图1为现有系统组合结构示意图。
[0009]图2为本实用新型的组合结构示意图。
[0010]图3为本实用新型的基础结构示意图。
[0011]图4为PCL数据线信号输入流程示意图。
[0012]图5为放大滤波电路结构示意图。
[0013]图6为CS为低电平时的输出转换流程【具体实施方式】
[0014]如图2所示，本实用新型主要由64路称重传感器1、放大滤波模块2、A/D转换模块3、译码器4及其相连接的电路组成。称重传感器1、放大滤波模块2、A/D转换模块3、缓冲器5、二级滤波放大模块6依次相连接，并通过PCL数据总线与工控机相连接。
[0015]译码器一端和PCL数据总线相连接，另一端通过片选器和电平触发器相连接；电平触发器连接在A/D转换模块上。
[0016]1、信号的传输
[0017]在称重计量系统中，基础称重装置的核心测量元件为多路称重传感器组合成的复合传感器，将复合式传感器模拟信号以64路数据信号输出的形式，传输给复合传感器信号专用数字处理系统。基础结构如图3。
[0018]2、译码信号选择电路
[0019]由于数据处理系统是基于PCL总线方式的数据采集，在工控机内部运转的设备都有独立的地址。数字处理系统作为新添加的设备，也需要有固定的地址。
[0020]译码信号选择电路的主要作用是通过译码器与控制电路，控制64路A/D转换，通过片选器与译码器来实现译码器信号的选择。在PCL中地址线输出不同的地址信号后，片选器都能够准确地触发译码器的使能端。片选器选用74LS30芯片、74LS00芯片与短接开关。译码器选用多个74LS154芯片。其中74LS154是4-16译码器，两个使能端都是低电平有效，四个信号输入电平决定了低电平信号的输出引脚。根据电平的排列选择片选信号的输出引脚。译码过程的最终结果是通过PCL地址线控制，将各路A/D芯片的数据传输至PCL总线。要使64路经过A/D转换后的16位数据同时传输到PCL数据线，需要在译码环节后增加数据缓冲环节。
[0021]采用74LS244作为PCL数据缓冲器。74LS244是8输入8输出触发器，片选端在低电平有效，其输入端直接与16位A/D芯片中的八个并行引脚相连，输出端与PCL数据线连接，片选端与译码器的输出端连接。译码器通过PCL低四位地址线的分时选择输入，形成8个输出端低电平的轮流输出，以形成8个数据触发器片选端的触发。最终，通过数据缓冲器，PCL数据线上也可以依次得到64个A/D芯片的高8位与低8位信号。PCL数据线输入结构如图4。
[0022]3、放大滤波模块
[0023]放大滤波模块为多级，多级放大滤波模块是数字处理系统对传感器输出电压进行放大和滤波的电路模块，此模块最终产生的电压最终输入至A/D转换模块。因此，放大滤波模块是A/D转换模块的基础，此模块的稳定度关系到整个系统的精度。放大滤波模块的设计方案为:经过计算对传感器产生的毫伏信号进行放大，通过基准电压对放大电路输出值进行调整，通过滤波器对进入A/D转换模块的电压进行有源滤波。在设计放大滤波模块中，除了选用品质优秀的放大器、滤波器外和毫伏信号放大之前先进行R/C滤波电路，还要对放大倍数进行计算。其中二级滤波放大电路是在模拟信号经A/D转化之后，进入计算机前再进行放大，配以RC形成的三阶ButterWorith-Bessel复合滤波,有效减少纹波对采样数据的干扰，保证幅频和相频的均衡性。多级放大滤波电路结构如图5。
[0024]传感器的灵敏度S= 1.0mV/V;电源模块选择±5V作为供桥电压，即输入电压Vi=IOVo于是，Vo = ViXS = 10mV。如果选用O?5V电压接收范围的A/D芯片，理论上至少需要放大300倍；而在设计中，考虑到更换不同灵敏度系数的传感器与电压反馈的影响，精密放大倍数。基准电压有非反馈式与反馈式两种产生方式。非反馈式是将数字地作为放大器的基准，通过INA128的电压是相对地而言的；反馈式是将2.5V作为放大器的基准，通过INA128的电压就是相对此2.5V的。对于零点电压为正的通道，可以应用非反馈式；而对于零点电压为负的通道，必须通过反馈式才能保证满量程的输出和准确的线性。此外，数字处理系统选用300Ω的精密电阻作为INA128的放大电阻，通过公式最终可以放大152倍。这样分别对64路传感器信号进行增益调节，保持64路传感器的一致性，有效减少因复合式传感器的机械问题所产生的信号误差，实现传感器输出信号的稳定性，提高动态称重数据精确度。
[0025]数字处理系统选用INA128作为放大器，0PA2227作为滤波器与基准电压跟随器。INA128是低功耗高精度的通用仪表放大器，它由三个放大器所共同組成，形成差分放大，其放大倍数最终取决于外接反馈电阻的阻值。0PA2227是双路放大器，在内部集成了两个运放A和B。运放A对放大信号进行有源滤波；运放B作为电压跟随器，稳定基准电压。
[0026]4、A/D转换模块设计
[0027]A/D转换模块是数字处理系统实现模数转换的电路模块，A/D转换模块的输入信号是经过放大滤波模块的电压信号，输出端是若干位二进制数字信号。
[0028]在数字处理系统的A/D转换模块中，主要是设计出一种既要满足动态轨道衡较快的采样速率，达到较高的转换精度，同时能够对PCL数据线进行传输的电路。为了满足以上要求，首先要选择合适的A/D转换芯片，这种芯片必须是双积分型、并行输出，转换精度在16位以上。我们选择ADS7821作为A/D转换芯片，它有如下特点:
[0029]I)、16位并行输出
[0030]2)、每秒钟100KHZ的转换速度
[0031]3)、0到+5V的电压输入范围
[0032]4)、+5V的直流电压供电
[0033]5)、内部参考电压与外部参考电压的共存模式
[0034]在DOS环境下，程序不受计算机中断等时序的影响，能够直接对数字处理系统操作。因此，设计一套复合传感器专用处理系统在DOS环境下运行的专用程序，在Windows操作系统下实现驱动、测试硬件。在DOS环境下,应用Turbo C中的语法Data =inportb (Addr)可以得到输出转换数据，其中Addr是设备地址,在Turbo C程序设计中，inportb (7F0)能够控制74LS221芯片产生R/C引脚所需要的低电平。CS为低电平时的转换流程如图6。
【权利要求】
1.一种复合传感器信号专用数字处理系统，其特征在于:它由称重传感器、放大滤波模块、A/D转换模块、译码器及其相连接的电路组成；所述称重传感器为64路；称重传感器、放大滤波模块、A/D转换模块、缓冲器、二级滤波放大模块依次相连接，并通过PCL数据总线与工控机相连接； 所述译码器一端和PCL数据总线相连接，另一端通过片选器和电平触发器相连接；所述电平触发器连接在A/D转换模块上。
【文档编号】G01G23/00GK203798443SQ201320858860
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】顾佳捷 申请人:杭州振华工业称重科技有限公司