一種智能縮水率機的開發(fā)設計
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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設定增益，使得INA128能夠廣泛應用于信號采集放大、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應用注意事項
增益設定
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。
3． 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。
4．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。
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)總線應用的許多特點。差分驅(qū)動器設計成限斜率的，這種設計，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。接收器的獨特設計是當輸入端開路時，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℃
5．總結(jié)
通過以上對硬件的介紹，再配合適當?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。
6．一點體會
在整個系統(tǒng)中，TI的器件用的特別多，原因有很多方面，主要有以下幾方面。
第一是TI的器件涉及很多領(lǐng)域，產(chǎn)品線很長，特別是在收購了BB公司以后，我們就有了更多的選擇余地，系統(tǒng)中所要用的器件在TI一個公司就可以買到，不要去找別的公司，很方便，這在我用的系統(tǒng)中也可以體現(xiàn)出來。
第二是TI產(chǎn)品的品質(zhì)非常好，質(zhì)量非?？煽?，現(xiàn)在外面有很多的TI的替代品，其產(chǎn)品質(zhì)量參次不齊，除非以前用過，否則真的不大敢用。另外還有許多垃圾片經(jīng)打磨后印上TI的商標，這中芯片更是不敢恭維。
第三是TI的產(chǎn)品有許多免費樣片可以申請，在樣機開發(fā)的過程中可以先申請TI的樣片從而進行先期的開發(fā)，待整個樣機的各項技術(shù)指標測定完成后就可以定貨了。而且TI的代理也比較多，我們可以就進定貨。
第四我想說的是對于我們有的產(chǎn)品，當每次的出貨量不是太大時，代理商所要求的最小定貨量（如一個包裝）防礙了我們用TI產(chǎn)品的信心，當然這只是在心里上。
以上就是我個人的一點體會，完全是發(fā)自內(nèi)心的，謝謝！
參考文獻
1． TI數(shù)據(jù)手冊.TI公司（光盤板）
2． 黃正瑾.在系統(tǒng)編程技術(shù)及其應用.南京：東南大學出版社，1999，5
3． 紀宗南.單片機外圍器件實用手冊輸入通道器件分冊.北京：北京航空航天大學出版社，1998,8
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