电子系统设计信号采集.ppt

　　电子系统通常情况下需测量一些非电信号物理量，这就需要对这些信号进行电信号转换和采集，常用的电信号转换方法为采用传感器。本章将主要介绍常见的温度测量、压力测量、电压检测、电流检测、速度检测以及霍尔集成电路的原理和应用。 　　　　温度是表征物体冷热程度的物理量，它可以通过物体随温度变化的某些特性(如电阻、电压变化等特性)来间接测量。常用的温度测量元件有热电偶温度传感器、铂电阻温度传感器、集成温度传感器。 　　金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化，并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的这种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100 Ω(Pt100)，电阻变化率为0.3851 Ω/℃。 铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区(-200℃～650℃)最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计供计量和校准使用。 4.1.1 铂电阻温度传感器　　金属铂(Pt)的电阻值随温度变化曲线如图4-1所示。由图看出，只要测量出传感器的电阻值即可计算出相应的温度，而电路中最容易测量的是电压信号，要将电阻值转换为电压信号，则只需将一个恒流源的恒定电流流过金属铂电阻就可得到相应电压信号。　　金属铂的温度-阻值表如表4-1所示，在已知电阻阻值的情况下通过查表即可计算出温度。 图4-1 电阻值随温度变化曲线图 　　表4-1 Pt温度-阻值表 　　1. ?REF200恒流源芯片　　该芯片内含有两个100 μA的恒流源和一个镜像电流源。该芯片的精度非常高，提供的电流精度为(100?±?0.5) μA，并且低温度系数为?±?2.5?×?10-5/℃。该芯片使用也非常简单，只要在7管脚或8管脚加上2.5 V～40 V之间的任何一个电压，就可以在1管脚或2管脚上分别输出100 μA电流，图4-2所示为具体的电路图。 　　 图4-2 REF200电路图 　　2. 运放组成的恒流源　　利用运放组成恒流源的方法也较多，在此介绍一种利用运放组成的恒流源，如图4-3所示。该电路的电流为　 　 (4.1.1)　　由公式(4.1.1)可以看出，+5 V、+2.5 V电压和电阻R1决定了恒流源的精度，通过调节R1阻值的大小即可调整恒流源的电流。 　　 图4-3 运放组成的恒流源电路 4.1.2 单总线温度传感器DS18S20　　数字温度传感器种类较多，但引脚最少的应是Dallas Semiconductor公司推出的单总线(1-Wire总线)结构的温度传感器DS18S20。1-Wire可以通过一条公共数据线实现主机与一个或多个从机之间的半双工、双向通信。使用1-Wire将引脚的使用减小到了最少，因此特别适合应用于单片机系统中。　　Dallas Semiconductor公司推出的DS18S20温度传感器即为1-Wire总线接口。 　　DS18S20以其简单方便的接口，广泛应用于温度测量、温度控制、数字温度计及热感测系统中。DS18S20的主要特点如下：　　(1) 单总线接口，通信仅需要一个I/O端口引脚；　　(2) 每个器件具有唯一的、存储在片内ROM的64位序列码；　　(3) 多节点检测功能简化了分布式温度检测应用；　　(4) 使用简单方便，无需外部元件；　　(5) 电源电压范围为3.0 V～5.5 V，可选择由数据线供电；　　(6) 可测量温度范围?-55℃～+125℃； 　　(7)? 9位数字温度计分辨率；　　(8) 在?-10℃～+85℃温度范围内具有?±?0.5℃的高精度；　　(9) 最大温度转换时间750 ms；　　(10) 用户可编程的非易失性报警设置；　　(11) 报警有哪些信誉好的足球投注网站命令能够自动识别和寻址温度超出设定门限(温度报警条件)之外的器件；　　(12) 适合于包括温度测量、温度调节装置控制、工业系统、消费类产品、温度计及任何温度敏感系统的应用。　　DS18S20采用简单的TO-92封装，占用极少的电路板空间。DS18S20的引脚排列与DS1820一样，如图4-6所示。 　　 图4-6 DS18S20的引脚排列 　　 图4-7 DS18S20的外部供电方式 　　 图4-8 DS18S20的寄生电源供电方式 　　 图4-10 通过总线端口访问DS18S20的流程图 　　　　压力和压差是工业生产中常见的过程参数之一。在许多场合需要直接测量、控制一些压力参数，如锅炉的气包压力、烟道压力、炉膛压力，化学生产中的反应釜压力、加热炉压力等。此外，还有一些不易直接测量的参数，如液位、流量等，在各类工业生产中可以通过压力