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由于４—２０ｍＡ传感器输出４ｍＡ时．在取样电阻 上的电压不等于０．直接经模拟数字转换电路转换后的 数字量也不为０，通过硬件电路将４ｍＡ在取样电阻上 产生的电压降消除．４ｒｎＡ对应的蝓＾电压为０Ｖ．这样
再进行帅转换．工作原理如图１。
在图１中．由传感器产生的４～２０ｍＡ电流在取 样电阻Ｒ１上产生定压降．并将此电压值输入到放大 器ｕ１（ＬＭ３５８）的３脚。囤１中方框内的Ｒ５／Ｒ３电阻 分压电路用来在集成电路ＬＭ３５８的２脚产生一个固定 的电压值，用于抵消在取样电阻上４ ｒｎＡ电流产生的压 降。所以当传感器为最小值４ｍＡ时．ｕ１的３脚与２ 脚电压差基本为０ｖ。Ｒ７可调整电压放大倍数．Ｕ１的１ 脚输出至模拟数字转换电路．提供给单片机ＣＰＵ．通 过数据处理可以将压力传感器的压力值直接显示出来。 但是这个电路存在以下问题： （１）在仪表零点的４ｍＡ信号不能完全被抵消．电
ＤＣＬＫ＝１ ＤＣＬＫ＝０
ａｈ＝［ａｈ（＜１１
ＩＨＤＯＵＴ伯ｈ＝ａｈｌｏｘ０１
ｆｏｒ（ｉ＝０：ｉ＜８：ｉ＋＋）／／获取低八位ＡＤ结果
，………ＡＤＳ７８１６转换子程序…………“／
ｓｂｉｔ
ＤＣＬＫ＝ＰＩ＾ｏ：ｆｌ时钟Ｉ／Ｏ端１：３
ｓｂｉｔＤＯＵＴ－Ｐ１‘１∥数据ＩｆＯ端１：３
ｓｂｉｔＤＣＳ－Ｐ１‘２Ⅳ片选Ｉ／｛３端口
Ｕｏｕｔ－＿＿一５Ｖ
●●● 作者，＃亲朋，来洪升．束Ⅱ蜢／中目＾目镕放￥９６６３０∞Ｍ
换成电信号．如压力传感器、温度传感器、流量侍感 器等。早期的传感器大多为电压输出型，先将微弱的 模拟信号信号经过调理电路放大．再通过模拟数字转 换电路转换为数宇信号供单片机读取、控制。但在信 号需要远距离传输或使用环境中电网干扰较大的场合． 电压输出型恃感器的使用受到了限制．有噪声干扰、 线路损耗的问题。 而近几年出现的电流输出型传感器轻电压输出型 传感器在某些应用场台有着明显的优势，下面本文将 着重介绍一下该类传感器的特点和应用技巧。 电流输出型传感器的输出范围常用的有０～２０ｍＡ 及４—２０ｍＡ两种．传感器输出最小电流及最大电流 时．分别代表传感器所标定的最小夏最大额定输出值。 如测压范围为以０～３５Ｍｐａ的输出压力传感器为例进 行叙述。对于输出０—２０ｍＡ的传感器．０ｍＡ电流对
ｌ这个电阻小到不足以产生
显著误差．因此．可以允许的电线长度比 电压遥测系统更长更远； （４）各个单台示读装置或记录装置
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万方数据
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图
可以在电线长度不等的不同通道间进行换
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接．不因电线长度的不等造成精度的差异； （５）将４ｍＡ用于零电平，使判断开路或传感器损 坏１ ０ｍＡ状态ｌ＋分方便： （６）在两线输出１３窖易增设防浪涌防雷器件，有 利于安全防爆。 压放大器输出端总会育残留电压存在， （２）ＬＭ３５８放大器随着信号幅度增加，线性也越 发不好： （３）为了使放大器在小信号工作状态．不得不降 低模拟数字转换电路的基准电压．这样会使稳定性降低。
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ＡＤ输出值为：８１９～４０９６．压力传感器的读数对应为 ０－３５ＭＰａ，测量结果通过单片机输出送显示压力或奠 他控制机构。 应用举倒： 数据处理完毕后．便可根据应用的需要将测量结果 通过单片机输出送显示或其他控制机构。
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ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ
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ｒｅａｄ＿ａｄｓ７８１６（）
ｕｎｓ岣ｎｅｄｉｎｔ
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８ＣＳ＝ｌ；ｆｆ拉高
ｒｅｓｕｌｔ＝ａｈ； ｒｅｓｕｌｔ＜＜＝８：
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｉ；ａｌ＝０、ａｈ＝０； ＤＯＵＴ＝１．
ＤＣＳ；０．Ⅳ拉低 ｗｈｌｅ（ＤＯｕＴ＝；１）｛ＤＣＬＫ＝１；ＤＣＬＫ＝０｝
臣一＂
黑
圈圈固圆圈固曰圜瞳
应０ＭＰａ压力值，输出４—２０ｍＡ的传感器．４ｍＡ电 流对应０ＭＰａ压力值．２０ｍＡ电流对应３５ＭＰａ压力值。 在许多应用场台．郡要使用传感器将非电信号转 对于输出０～２０ｍＡ的传感器．在电路设计上我们只 需选择合适的降压电阻，通过～Ｄ转换器直接将电阻 上的电压转换为数字信号即可．电路调试爱数据处理 都比较简单。对于输出４～２０ｍＡ的传癌器，电路调 试及数据处理上都比较烦琐。但这种传感器能够在侍 感器线路不通时．通过是否能检测到正常范围内的电 流．判断电路是吾出现故障，因此使用更为普遍。 标准化的模拟信号电流值为４～２０ｍＡ．两线制 的环路在发送数据以及控制那些易于以这一标准接受 指令的某些执行器的过程中有广泛的应用。在国际上 已作为模拟信号中的电流遥测技术标准。在利用两根 导线的电流遥测电路中．工作电源与示读装置．包括 传感器和发送导线的任何其他电阻都是相串联在环路 肉。其优点： ｛１）不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂 的影响，可用非常便宜的更细的导线． （２）在电流源输出电阻足够大时．经 磁场耦台感应到导线环路内的电压．不会 产生显著影响，因为干扰源引起的电流极 小，一般利用双绞线就能降低干扰； 【３）电窖性干扰会导致接收器电 阻有关误差，对于４～２０ｒｎＡ两线制 环路．接收器电阻通常为２５０Ｑ（取样
＿２软件计算法
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还有一种方法不把地电位抬起来．而是通过软件
１１．砸韩≮ｈ矗电也灌三
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调零，如图２、图３所示。其中囤２为电流电压转换及 ＡＤ转换部分．图３为单片机控制部分。 在图２中．我们通过一个２５０Ｑ０１％的精密电阻 将４～２０ｍＡ的标准电流转换成１—５Ｖ的电压信号，由 于般电流源（这里实际上是电流传感器ｌ的内阻都相 当高．故其输出信号的大部分压降都会落在２５００的 取样电阻上．按理说，我们完全可以将经过转换后的电 压信号直接接在ＡＤＳ７８１６的输人端．但是为了进一步 提高输＾阻抗＋避免不必饕的前端干扰．以迭到更高的 ＡＤ转换精度，我们在２５００取样电阻和ＡＤ之间加＾ 了一个由单电源运放ＴＬＣ２７１２组成的跟随器．这样阻 断了前后级的干扰，有效提高转换精度。 转换完成后剩下的工作就是通过单片机读取ＡＤ转 换过来的数据．由于ＡＯＳ７８１６的转换位数为１２位． 所以其满量程输出的数字信号的值应该为：０—４０９６。 参考电压５Ｖ由两个ＴＬ４３１串联获取，而从侍感器转 换过来的电压是１～５ｖ，这样便可计算出其对应的
ｒｅｓｕｌｔｌ＝ａｌ；Ⅳ得到ＡＤ值
ｆｅｔｕ
ｒＲ（ｒｅｓｕｌｔ）；／／返回转换后的ＡＤ值
ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜４；ｉ＋＋）／／获取高口位ＡＤ结果
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７４●２０１１ ０５ １ 万方数据
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刊名： 年，卷(期)： 牛余朋， 朱洪升， 朱正斌 中国人民解放军96630部队 电子制作 ELECTRONICS DIY 2011(5)