基于labview的液位測控系統設計大學論文 - 下載本文

本科畢業設計論文

2.3信號調理電路

一般來說,放大器的輸入信號都比較微弱,為毫伏級的或者微伏級,其輸入的功率一般在1mV以下,為了使信號能夠推動其負載正常工作,必須采用多級放大電路對所輸入的微弱信號進行放大,這樣才可能在放大電路的輸出端形成負載能夠正常工作的電壓值或者足夠的功率。一般是在放大電路的前面一些級膠泥性電壓放大,從而將微弱的輸入電壓放大到足夠大的程度,接下來再由此電壓來推動功率放大級級進行功率放大,從而便可以得到負載能夠正常進行工作必須的電壓和功率。

由上小節知,傳感器輸出信號Vo比較微弱,達不到A/D轉換0~5V的其本要求,且幅值很小,無法進行相應的記錄和顯示。故此輸出信號需要進行數據放大和信號調節,即傳感器輸出信號需要信號調理電路的調節。

本文的信號調理電路由第一級數據放大器和第二級數據放大器兩部分組成。前者實現信號的放大,后者實現信號的調節。

圖2-5 三運放高共膜抑制比放大電路

2.3.1第一級數據放大器

采用如圖2-5所示的并聯差分輸入儀用放大器,又名三運放高共模抑制比放大電路作為第一級數據放大器。電路中,由兩個性能一致的同相放大器A1,A2并聯構成平衡對稱差動輸入級,輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關,而其共模輸出、失調及漂移均在RW兩端互相抵消,因而電路具有良 好的共模抑制能力,又不需要外部電阻匹配。取R1=R2以消除A1、A2偏置電流的影響。若將RW為可調電阻,則電路具有增益調節能力。A3構成雙端輸入

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單端輸出的輸出級,進一步抑制共模信號,因此其選擇具有高共模抑制比。

本運放提供的增益為 Av=(1?R1R3) (2-3) RgR22.3.2第二級放大器

在2.1節提到,當水位為零時,Vo=-8.16mv,經第一級數據放大器放大,它將是一個很大負值,而本系統要求在水位為零時,輸出數值應為0V,故本系統加入一個可調節反向放大器見圖2-3 ,來調節初始的負值。

圖2-6. 反向運算放大器

UiUi'由圖2-4知: Uo=?R3× (2-4) (+)R1R2Ui′為R5處輸出的電壓。通過調節R5的觸頭來改變Ui′,使輸出值為0V。

2.4 整體電路

分別將測量放大、反向放大器、差動放大器按一定的順序組合起來即得到本硬件電路系統的原理圖,具體電路圖見下圖所示:

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圖2-7 總體電路框圖

元件參數推理如下:

水位在0~70cm變化時,傳感器輸出的電壓為-8.16mv~39.97mv。若此信號不經放大直接調節使其初始輸出為0V,則輸出電壓范圍為0V~48.13mv。 為使電路輸出5V的電壓,放大器的增益應為:

5v?103.8 Av? 9 (2-5)

48.1mv3考慮到壓力傳感器的分散性,放大器的增益應當取70~150倍。

由于一次性放大百倍,輕微的干擾都容易造成放大后的信號失真,所以在第一級數據放大器中,先使用A1,A2組成的雙端輸入/輸出差動放大器放大Av=9~13倍,此放大器的優點在于信號從兩個同向段輸入,使輸入阻抗高達10M以上,易于測量微弱信號。然后使用A3放大器放大10倍,A3的優點是采用差動輸入,在運放參數和電阻嚴格對稱時,電路具有很高的共模抑制能力和低 溫漂。

公式部分如下: Vo1?(1?2R2)Vs1 (2-6) R1?R1'

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Vo2?(1?R2 (2-7) )Vs 2R1?R1'Rf12R2Vo'?(1?)(Vs1?Vs2) (2-8)

R3R1?R1'取R1=2KΩ,R1′=1KΩ, R2=R4=12KΩ, R3=R5=4.7KΩ, Rf1=Rf2=47KΩ。為了保證第二級數據放大器有高的輸入電阻并且便于調節,設置

R6= R7= Rf3= Rf4, R8=10k。

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第三章 液位控制回路

液位控制是通過將采集的液位高度與界面上設定的液位比較,形成負反饋,由計算機發出數字信號來控制出水閥和入水閥通斷。使實際液位達到設定液位的高度。

本部分的職能是執行計算機輸出的信號,調節水箱的液位,使其達到給定的液位值。一般較常用的硬件為電磁閥控制板和電磁閥門。其中電磁閥控制板控制電磁閥的‘關’和‘斷’,為本章的核心部件。它包括固態繼電器(SSR)、六反向器74LS04和插座,其結構圖如圖3-1所示:

圖3-1 液位控制系統原理圖

3.1基本組件及原理特性

液位測控系統中硬件系統的控制部分由六反向器(74LS04)、固態繼電器、電磁閥等組成,其中74LS04與固態繼電器組成控制板,電磁閥作為出入水的控制開關使用。系統根據液位測量情況,通過計算機自動控制入水閥和出水閥,使當前液位達到設置液位。也可手動控制入水和出水。以下將對控制部分的主要組件進行分析。 3.1.1六反向器(74LS04)

74LS04的外引線排列如圖3-2;

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