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傳感器接口電路中的電流輸出型應用分析

點擊次數(shù):2240 更新時間:2009-05-05

在單片機控制的許多應用場合,都要使用傳感器來將單片機不能直接測量的信號轉(zhuǎn)換成單片機可以處理的電模擬信號,如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器等。早期的傳感器大多為電壓輸出型,即將測量信號轉(zhuǎn)換為0-5V電壓輸出,通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供單片機讀取、控制。但在信號需要遠距離傳輸或使用環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場合,電壓輸出型傳感器的使用受到了限制,暴露了抗干擾能力較差等缺點,而電流輸出型傳感器以其具有較高的抗干擾能力得到了廣泛應用。
  
  電壓輸出型壓力傳感器抗干擾能力差,有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分,使單片機產(chǎn)生誤判斷,控制出現(xiàn)錯誤,嚴重時還會損壞設備。
  
  電流輸出型傳感器的輸出范圍常用的有0~20mA及4~20mA兩種,傳感器輸出zui小電流及zui大電流時,分別代表傳感器所標定的zui小及zui大額定輸出值。
  
  如測壓范圍為以0~35Mpa的輸出壓力傳感器為例進行敘述。對于輸出0~20mA的傳感器0mA電流對應0MPa壓力值,輸出4~20mA的傳感器4mA電流對應0MPa壓力值,兩類傳感器的20mA電流都對應35MPa壓力值。
  
  對于輸出0~20mA的傳感器,在電路設計上我們只需選擇合適的降壓電阻,通過A/D轉(zhuǎn)換器直接將電阻上的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號即可,電路調(diào)試及數(shù)據(jù)處理都比較簡單。
  
  對于輸出4~20mA的傳感器,電路調(diào)試及數(shù)據(jù)處理上都比較煩瑣。但這種傳感器能夠在傳感器線路不通時,通過是否能檢測到正常范圍內(nèi)的電流,判斷電路是否出現(xiàn)故障,因此使用更為普遍。
4~2 0mA傳感器的一般處理方法
  
  由于4~20mA傳感器輸出4mA時,在取樣電阻上的電壓不等于0,直接經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量也不為0,單片機無法直接利用,通過公式計算過于復雜。因此一般的處理方法是通過硬件電路將4mA在取樣電阻上產(chǎn)生的電壓降消除,再進行A/D轉(zhuǎn)換。
  
  由壓力傳感器產(chǎn)生的4~20mA電流與13VG形成電流回路,從而在取樣電阻上產(chǎn)生一定壓降,并將此電壓值輸入到放大器LM358的3腳。電阻分壓電路用來在集成電路LM358的2腳產(chǎn)生一個固定的電壓值,用于抵消在取樣電阻上4mA電流產(chǎn)生的壓降。所以當壓力傳感器為zui小值4mA時,LM358的3腳與2腳電壓差基本為0V。LM358與其相連接的電阻構成可調(diào)整電壓放大電路,將壓力傳感器電流在取樣電阻上的電壓值進行放大并通過LM358的1腳輸出至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路,供單片機CPU讀入,通過查表法或其它的數(shù)據(jù)處理方法將壓力傳感器的4-20mA電流在屏幕上以壓力值的形式顯示出來。

 
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