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傳感器接口電路中的電流輸出型應(yīng)用分析
2014-11-20
在單片機(jī)控制的許多應(yīng)用場(chǎng)合，都要使用傳感器來將單片機(jī)不能直接測(cè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的電模擬信號(hào)，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(cè)量信號(hào)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(hào)供單片機(jī)讀取、控制。但在信號(hào)需要遠(yuǎn)距離傳輸或使用環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場(chǎng)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(diǎn)，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(yīng)用。
電壓輸出型壓力傳感器抗干擾能力差，有時(shí)輸出的直流電壓上還疊加有交流成分，使單片機(jī)產(chǎn)生誤判斷，控制出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞設(shè)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，傳感器輸出最小電流及最大電流時(shí)，分別代表傳感器所標(biāo)定的最小及最大額定輸出值。
如測(cè)壓范圍為以0～35Mpa的輸出壓力傳感器為例進(jìn)行敘述。對(duì)于輸出0～20mA的傳感器0mA電流對(duì)應(yīng)0MPa壓力值，輸出4～20mA的傳感器4mA電流對(duì)應(yīng)0MPa壓力值，兩類傳感器的20mA電流都對(duì)應(yīng)35MPa壓力值。
對(duì)于輸出0～20mA的傳感器，在電路設(shè)計(jì)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(hào)即可，電路調(diào)試及數(shù)據(jù)處理都比較簡(jiǎn)單。
對(duì)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(shí)，通過是否能檢測(cè)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。
4～20mA傳感器的一般處理方法
由于4～20mA傳感器輸出4mA時(shí)，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(jī)無法直接利用，通過公式計(jì)算過于復(fù)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(jìn)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(gè)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(dāng)壓力傳感器為最小值4mA時(shí)，LM358的3腳與2腳電壓差基本為0V。LM358與其相連接的電阻構(gòu)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(jìn)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(jī)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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