一种实用的分布式数据采集和控制系统

2008-04-03 16:50:54  德州仪器  德州仪器  
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    一、引言

        液体的液位测量在工业生产中非常普遍,应用领域也比较广,例如:自来水位的测量和控制,石油管道和储油罐的油位的测量等。高精度的传感器可用于这些测试系统中来感知传递压力、流量、 温度等信号,把这些信号变成电信号,然后经过放大、A/D转换、送入单片机处理后,最后发送到远方的PC机,这样可实现对现场的液位情况进行实时监控,从而向被控单元发出指令,采取相应的动作。整个系统的框图如下:

    二、具体的实现过程

        1. 放大部分:TLC4502-双路自校准低噪声高速运算放大器的应用。

        集成运算放大器种类很多,在各类仪表及控制电路中要求运算放大器必须具有高精度,高共模抑制比和低温漂等性能。目前采用的精密运算放大器都具有外接调零电位器输入端,应用时首先对其失调调零。由于电路复杂,给调试带来不便。美国TI仪器公司研制生产的TLC4502精密型双运算放大器,采用自动校准技术,在上电时将输入失调电压自动调整为零,使用起来十分方便,同时也节省了PCB板和外部分离元件,该器件的管脚排列如下图所示:

        TLC4502自动校准运算放大器在片内利用对数字与模拟信号的处理,可在上电时输入失调电压自动校准为零。完成自动校准一般需要300ms的时间,连续校准时可在(±)3μV范围内反复进行。一旦校准完成,大部分校准电路将脱离信号通道并被关断,这样,校准电路对信号通道几乎无影响,这也使得TLC4502在校准周期结束之后可以完全象其他精密运算放大器一样使用。

        TLC4502具有高精度,高增益,良好的电源抑制比,驱动能力强等特点,可广泛应用于数据采集,数字音频,工业控制等领域。在本系统中,用来放大从传感器出来的微弱信号,具体电路如图1:


    图1

        2. A/D转换部分:TLC1549-带串行控制的10位模数转换器的应用。

        从放大器出来的电压信号进入到A/D转换器以形成单片机便于处理的数字信号。在该设计中,采用了美国TI公司生产的10位模数转换器TLC1549。它采用CMOS工艺,具有内在的采样和保持,采用差分基准电压高阻输入,抗干扰,可按比例量程校准转换范围,总不可调整误差达到(±)1LSB Max(4.8mv),占地面积小等特点。

        其工作原理为:在芯片选择(/CS)无效情况下,I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT处于高阻状态。当串行接口把/CS拉至有效时,转换时序开始允许I/O CLOCK工作并使DATA OUT脱离高阻状态。串行接 口然后把I/O CLOCK 序列提供给I/O CLOCK并从DATA OUT接收前次转换结果。I/O CLOCK从主机串行接口接收长度在10和16个时钟之间的输入序列。开始10个I/O时钟提供采样模拟输入的控制时序。在/CS的下降沿,前次转换的MSB出现10个时钟长度 ,那么在10个时钟的下降沿,内部逻辑把DATA OUT拉至低电平以确保其余位的值为零。在正常进行的转换周期内,规定时间内/CS端高电平至低电平的跳变可终止改周期,器件返回初始状态(输出数据寄存器的内容保持为前次转换结果)。由于可能破坏输出数据,所以在接近转换完成时要小心防于止/CS被拉至低电平。时序图如图2:


    图2

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