热传导测量仪的研发

2万 · 2019-7-29 15:26

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运放U 1, U2 , U3 , U4均选取噪声低、高的开环增益、低失调的双极性运算放大
器。放大器UA 1构成了加法器，放大器UA2构成了跟随器。放大器UA3对参考电阻
Re的端电压进行单位放大后得到差分放大器反向输入端信号，其值为:
vINN=I(Re+R,) (3-1)
式中:
I表示温度传感器的输入电压，单位为A;
Re表示参考电阻，单位为S2;
Rc表示温度传感器的电阻，单位为S2o
放大器UA4对温度传感器Rt(PT 1000)的端电压放大2倍后得到差分放大器的正向
输入端信号，其值为:
viNr二2IR, (3-2)
经过放大后的信号V INN和V INP送入到AD转换接口。

2万 · 2019-7-29 15:27

AD7712是美国AD公司推出的低成本24位模数转换芯片，适合低频测量的高精度
A/D转换器。片内含有两个输入通道AIN 1和AIN2，能把传感器的小信转换成串行数
据输出。由于这种模数芯片是采用苦△技术(一种能采用较简单的结构及低成本来获得
高的频率分辨率的方法)，所以受环境噪声的影响比较小，成为工业和过程控制中的理
想选择。E一△调制技术是利用反馈环来提高粗糙量化器的有效分辨率并整形其量化噪
声。他最早被提出是在20世纪中期，近20年由于VLSI技术的发展才逐渐得到应用。
目前，这一技术己被广泛应用于数字音频、数字电话、图像编码、通信时钟振动及频率
合成等许多领域。AD7712共有24个引脚，为串口芯片，利用模数转换技术，用以实
现高精度，无失码的转换。AD7712的控制电路如图3-11所示:

2万 · 2019-7-29 15:30

AD7712是基于连续采样的原理，在}s和SCLK的控制下开始对输入V;。信号进
行采样，采样信号经AD7712转换成数字信号，该信号经滤波后，以确定的速率更新24
位数据输出至寄存器。寄存器中数据按内部时钟模式从双向串行口随机读取。在每一个
数字周期的开始时刻，查询BFS的状态，如果RFS为低电平，SCLK被激活，立即从
SDATA脚送出寄存器中的现行数据，先MSB后LSB，在LSB送出后，DRDY信号变
为高电平，此时，DRDY和SDATA均为三态输出。实际采集中成功实现了数据的转换。

2万 · 2019-7-29 15:31

在本设计中涉及到恒压力的控制，通过恒压方案的对比，最后选用了自然配重法来
实现恒压力，省去了利用压力传感器反馈信号这种繁琐的恒压力控制方式。使用自然配
重法也需要电路来控制，但是电路非常的简单，仅仅需要一个电机驱动芯片，然后再配
合两个按键来控制直线电机上下就可以了。
本系统采用L298N作为电机的驱动器，它是一种双H桥电机驱动芯片，每个H桥
可以提供2A的电流，功率部分的供电选择范围是2.5 V}48V，逻辑部分SV供电，可以
用来驱动直流电动机、步进电动机以及继电器线圈等感性负载。控制电机的运行速度，
只要控制系统的输入PWM脉宽调制信号实现}a4n。通过控制输入端信号IN I接高电平，
输入端IN2接低电平，电机正转;输入端信号IN I接低电平，输入端IN2接高电平，电
机反转。

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对AD7712的写操作主要实现对AD7712的控制和校准寄存器的设置。图4-6 a)表
明，数据在写入串口数据缓冲器之前，应先从数据存储器传到累加器中暂存。由于串行
缓冲器为8位，所以写入AD7712的数据需分3次从累加器写入串行缓冲器中，从而完
成对AD7712工作状态的设定。另外需要注意的是，AD7712的数据为是从高位到低位
传输，而GD32的数据传输是由低位到高位，所以无论是对AD7712的读还是写操作，
都必须首先将数据的位序颠倒后才能传入串行缓冲器中。图4-6 b)为AD7712的写操作
时序，主要是从AD7712的输出寄存器中将转换完成的数据读入微控制器进行处理。需
要注意的是在读取数据时，DRDY必须保持低电平，且从串口读取数据后，要对数据位
进行翻转。同样对AD7712的控制或/校准寄存器的读操作同输出寄存器的读取方法大
体相同，所不同的是，读取控制校准寄存器时，读操作不受DRDY状态的影响。

2万 · 2019-7-29 15:33

数据滤波方法选用要视现场环境和被测对象而定，在本系统中采用的是去极值均值
滤波，算术平均滤波不能将明显的脉冲干扰或粗大误差消除，只能将其影响削弱。因明
显干扰或粗大误差使采样值远离其实际值，可以比较容易地将其剔除，不参与平均值计
算，从而使平均滤波的输出值更接近真实值。软件流程图如图4-7所示。算法原理如下:
对于温度信号对应的电压采样值，连续采样n次，将其累加求和，同时找出其中最大值
和最小值，再从累加和中减去最大值和最小值，按n-2个采样值求平均，即有效采样值。

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