基于差動放大原理的信號測量系統(tǒng)設(shè)計

1、2009年9月農(nóng)機化研究第9期基于差動放大原理的信號測量系統(tǒng)設(shè)計馬曉晶,馬孝義ab(西北農(nóng)林科技大學a.機械與電子工程學院;b.水利與建筑工程學院,陜西楊凌712100)摘要:利用熱脈沖技術(shù)測量植物蒸騰速率時存在由于熱敏電阻引起熱脈沖信號溫間確定困難的問題。為此,I的IIC通信。其中,數(shù)字電位器的線性特性可以便捷地應(yīng)用于饋絡(luò)中而檢測精度并降低了對后續(xù)采集設(shè)備的要求。關(guān)鍵詞:熱脈沖;中圖分類號:+:A文章編號:1003-188X(2009)09-0078-030引言利用熱脈沖技術(shù)測量植物蒸騰速率是通過瞬時加熱植物的莖或稈內(nèi)部的液流,測量被加熱的液流運動速率,從而確定植物的蒸騰速率溫差檢測器21采

2、用儀表放大器AD623對信號進行初級差分放大后,通過低功耗的PIC16F73單片機654的AD轉(zhuǎn)換模塊,對初級放大后的模擬信號進行濾波處理,經(jīng)數(shù)字電位器X9241轉(zhuǎn)換輸出,將該輸出信號與初級放大后的信號構(gòu)成一對差分信號,對其進行二級放大。1.1應(yīng)用電路設(shè)計AD623采用5V的單電源供電,由于輸入端是差。此類傳感器由和數(shù)據(jù)采集器組成,而溫差檢測器由微型熱敏電阻制成。但是熱敏電阻受制造工藝的限制,阻值及溫度敏感系數(shù)很難做到完全一致,最大偏差高達4左右。熱脈沖信號發(fā)出后,最不利情況下溫差峰值僅為0.3,此時引起的熱敏電阻阻值變化很小,進而引起的電橋輸出變化也很小,這些使得確定熱脈沖信號在樹木莖枝體中

3、傳播過程的溫差峰值時間十分困難3動輸入,REF端需接1.2V的高精度基準,以便于單片機的AD轉(zhuǎn)換程序設(shè)計。單片機部分采用美國Micro2chip公司的PIC系列單片機,5V電壓既作為單片機的電源,又作為AD轉(zhuǎn)換的基準電壓,使用RB6和RB7口模擬IIC時序與數(shù)字電位器X9241進行通信。為了使單片機的AD轉(zhuǎn)換和數(shù)字電位器的DA轉(zhuǎn)換具有相7同的最低有效位(LSB),數(shù)字電位器的VH0采用1.25V電壓?；镜膽?yīng)用電路,如圖1所示。為了克服上述問題,提出了基于差動放大原理的熱脈沖檢測及信號處理方法,該方法可以提高檢測精度并降低對后續(xù)采集設(shè)備的要求。1硬件電路圖1基于差動放大原理的基本應(yīng)用電路1.2

4、電路設(shè)計關(guān)鍵收稿日期:2009-01-12基金項目:國家自然科學基金項目(50879072);國家“863”計劃項目(2006AA100209);國家科技支撐計劃課題(2006BAD11B04)作者簡介:馬曉晶(1984-),女,河北張家口人,碩士研究生,(E-mail)onlymxj。通訊作者:馬孝義(1965-),男,陜西鳳翔人,教授,(E-mail)xiaoyi2masl。該電路設(shè)計的關(guān)鍵是PIC16F73單片機與數(shù)字電位器X9241間的可靠通信。通過IIC總線,將單片機中經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送給數(shù)字電位器,通過控制數(shù)字電位器的電阻即可轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出,782009年9月農(nóng)機化研

5、究第9期該模擬電壓在1個信號采集周期中保持不變,數(shù)字電位器的線性特性可以方便地應(yīng)用于放大電路的反饋網(wǎng)絡(luò)中。BCFPORTB,SCL;SCL為低RLFADDSS,1;左移送入W,最高位送入進位CBCFSTATUS,RP0BTFSSSTATUS,C;判斷C的值,為1?GOTOBITO;C不為1,跳轉(zhuǎn)BITOBSFPORTB,SDA;C為1,置位SDANOPGOTOCLKBITOBCFPB,SDACSDAPB,SCL;一位傳送完畢,置位SCLDECFSZCOU,1;COU為零,間跳下一條GOTOTXLP;COU不為零,繼續(xù)發(fā)送,直到8位2軟件編程2.1X9241的寫操作時序?qū)IC16F73單片機中

6、濾波好的數(shù)字信號經(jīng)由IIC總線接口,寫入到數(shù)字電位器X9241中。該芯片上集成了4個電位器,每個電位器的滑動端有64個離散的調(diào)節(jié)節(jié)點,并有1個滑動端控制寄存器(WCR)。通過程序?qū)懭胂鄳?yīng)數(shù)據(jù)操作WCR變電位器滑動端位置,的口,而普通的IIC所以本文中采用PIC16F73單片機軟件模擬IIC總線時序的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。X9241的三字節(jié)指令格式,如圖2所示。全部發(fā)送完畢。3)應(yīng)答程序:ACKBCFPORTB,SCL;SCL清零NOP;由于是模擬時序,空操作數(shù)量的多少取決于晶振速率圖2寫操作時序NOPNOPBSFPORTB,SDA;SDA置位NOPNOPNOPBSFPORTB,SCL;SCL置位N

7、OPNOPNOPBSFSTATUS,RP0MOVLWB01111111;SDA為輸入MOVWFTRISBBCFSTATUS,RP0BTFSCPORTB,SDA;判斷SDAGOTO-1;若SDA為0,接著執(zhí)行下一字節(jié)的第一字節(jié)的前4位是設(shè)備類型標識,固定值為0101;后4位是X9241的地址,取決于芯片上A3-A0引腳的高低電平。第二字節(jié)是指令字節(jié),主要控制電位器的讀寫方式和選擇指定電位器。第三字節(jié)用來傳送8位數(shù)據(jù)段。其中,CM是級聯(lián)控制位,DW是滑動端使能控制位。2.2編程要點在實驗過程中,采用PIC16F73單片機,編程環(huán)境為MPLABIDE7.51。在模擬IIC時序時,注意以SCL為高電平

8、期間,SDA出現(xiàn)下降沿為起始標志,出現(xiàn)上升沿為結(jié)束標志。當SCL為低電平期間傳送一位數(shù)據(jù),待SCL置高,表示一位傳送完畢。1)單片機IIC接口初始化:SDAEQU7;RB7與X9241的SDA相連SCLEQU6;RB6與X9241的SCL相連ADDSSEQU21H;自定義數(shù)據(jù)寄存器COUEQU22H;自定義位傳送寄存器2)寫入一個字節(jié)程序:MOVLWB01010000;寫X9241的地址MOVWFADDSSCALLTXLPTXLP傳送。3應(yīng)用實例在研制植物蒸騰速率測定儀的過程中,采用了基于差動放大原理的信號測量系統(tǒng)設(shè)計方案,并將該部分電路作為測定儀的主體放大電路。傳感器中的溫差檢測器經(jīng)由以上放

9、大電路的處理后,可以準確采集到熱脈沖到達時的峰值電壓,通過到達時間即可推算792009年9月農(nóng)機化研究第9期出樹木蒸騰速率。經(jīng)放大后的信號,如圖3所示。求,減少了儀器的成本,并在實際產(chǎn)品應(yīng)用中取得了令人滿意的經(jīng)濟效益。參考文獻:1HuberB.BeobachtungandmessungpflanzlichersaftstromeJ.BerichtederDeutschBotanishcenGessellschaft,1932,50:89-109.2GranierA.EvaluationoftranspirationinaDouglas-firstandbymeansofsapflowmeasu

10、reJ.TreePhysiology,1987(:309-.3.J.儀表技):45-圖34,.基于微控器的植株桿徑變差測量系統(tǒng)設(shè)計J.微計算機信息,2007(3-2):130-131.5張明峰.PIC單片機入門與實戰(zhàn)M.北京:北京航空航天4結(jié)束語利用熱脈沖技術(shù)測量植物蒸騰速率具有廣泛的應(yīng)用前景。本文的基于差動放大原理的信號檢測及處理方法可以準確采集到熱脈沖到達時的峰值電壓時間,并且降低了對后續(xù)采集電路分辨率和精度的要大學出版社,2004.6沙占有.數(shù)字電位器設(shè)計原理與應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.7閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,1998.SignalMeasurin

11、gSystemDesignBasedonDifferentialMagnifyPrincipleMaXiaojing,MaXiaoyiNorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China)Abstract:Themeasurementofplanttranspirationrateusingheatpulsetechnologyhasthedeterminationproblemofpeak-timewhichcausedbythermalresistance.Thispaperpresentsthemeasurementandtheprocessingapproachofheatpulsesignals,andtheIICcommunicationbetweenPICMCUanddigitalpotentiometerisresearched.Inaddition,thelin2earcharacteristicofdigitalpotentiometercanbeusedintothefeedbacknetworkofmagnifycircuit,consequentlythede2tectionprecisionisraisedandtherequirementofsubsequentdataco