信号采集与处理

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1、信号接口技术开关信号的接口技术开关输入信号的电气隔离在机电一体化系统中，机械开关信号一般为强电信号，需要把强电部分与弱电的微机系统在电气上隔离开来，最常用的是使用光电藕合。图4—25所示为开关量输入信号的光电隔离电路。R1、R2分别为限流电阻。开关量信号的输入欧姆龙可编程控制器的输入电路开关信号的接口技术开关信号的去抖处理在机电一体化系统中，经常要使用按钮开关、搬钮开关、多位开关、接触器、继电器等。它们常常是开关量的输入源。由于这类开关大都是机械开关，当开关触点闭合时，在达到稳定之前会产生短暂的抖动，弹跳抖动的时间一般可达数毫秒。如图4—26所示。开关信号的接

2、口技术开关信号的去抖处理微机对开关信号采样时，必须消除这种抖动，否则会造成错误采样。消除抖动的方法可从软件和硬件上着手。软件的方法是经过一段延时后再读入信号，若两个采样值不同、则继续采样，直到两个采样值相同，延迟时间应比抖动周期长。硬件的方法是在接口电路中加“‘防抖动电路，图中是由2个“与非”门组成的RS触发器，开关K在常开状态下．输出为l，一旦开关K闭合、则在刚一闭合的瞬间，RS触发器翻转，输出为0，此时，虽然开关要抖动几次，但不会影响触发器的输出。开关信号的接口技术光电隔离技术为了避免外部设备的电源干扰，防止被控对象电路的强电反窜，通常采取将微机的前后向通

3、道与被连模块在电气上隔离的方法。过去常用隔离变压器或中间继电器来实现，而目前已广泛被性能高、价格低的光电耦合器来代替。光电藕合器是把发光元件与受光元件封装在一起，以光作为媒介来传输信息的。其封装形式有管形、双列直插式、光导纤维连接等。发光器件一般为砷化嫁红外发光二极管。图4—28所示为几种主要光电耦合器类型。开关信号的接口技术光电耦合器具的特点：(1)信号采取光一电形式耦合，发光部分与受光部分无电气回路、绝缘电阻高达1010—1012欧姆，绝缘电压为1000一5000V，因而具有极高的电气隔离性能，避免输出端与输入端之间可能产生的反馈和干扰。(2)由于发光二极

4、管是电流驱动器件，动态电阻很小．对系统内外的噪声干扰信号形成低阻抗旁路，因此抗干扰能力强，共模抑制比高，不受磁场影响，特别是用于长线传输时作为终端负载，可以大大地提高信噪比。(3)光电耦合器可以耦合零到数千赫的信号，且响应速度快(一般为几毫秒，甚至少10ns)，可以用于高速信号的传输。开关量信号的输入根据安全标准，系统的限位开关须接成常闭状态。当工作台的运动超过其物理有效行程将使限位开关打开。限位开关输入信号的有效电平可以通过主机命令进行选择。原点开关为常开状态。开关量信号的输出欧姆龙可编程控制器的晶体管输出电路开关量信号的输出开关信号输出的电气隔离开关量信号

5、的输出开关信号输出的电气隔离当被控设备远离单片机时，光电隔离接口电路设计如图4—30所示。该电路为电流环发送和接受电路，可以极大地提高系统的抗干扰性能，最大传输距离可达900m，传输速率可达50Kb／s，但必须保证传输线中环路连线电阻＜30欧姆，当该阻值过大时，l00欧姆的限流电阻相应减小。开关量信号的输出开关信号输出的驱动电路开关量信号的输出开关信号输出的驱动电路开关量信号的输出单片机输出通道接口方式开关量信号的输出单片机模拟输出接口方式信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。一、信号调理的目的信号调理1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、

6、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信进行调制解调处理。二、信号放大信号调理信号放大目的幅度增加(1)抗干扰;(2)阻抗匹配2分类放大器直流放大器交流放大器电荷放大器时间域频率域幅度增大低频保留,高频截止幅度增大高频保留,低频截止电荷增大△ZV1目的电桥2直流放大电路1)反相放大器信号放大电路反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源Ui的内阻。反相放大

7、器是最基本的电路，其闭环电压增益Av为:烟雾报警器酒精传感器二氧化碳传感器2)同相放大器信号放大电路同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。同相放大器也是最基本的电路，其闭环电压增益Av为:3交流放大电路信号放大电路若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电压同相放大器。其中电容C1、C2及C3为隔直电容。R1一般取几十千欧。耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率fL来确定。4电荷放大器信号放大电路F+5电桥信号放大电路1）直流电桥●平衡条件dV信号放大电路2）交流电桥●平衡条件~信号放大电路应变片的粘贴R2R4R1R

8、3R4R1R2R3UE三、信号的滤波信