測控電路設(shè)計與應(yīng)用精選(九篇)
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第1篇：測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞 測控技術(shù)與儀器專業(yè)；校內(nèi)實訓；實訓內(nèi)容；實訓大綱
中圖分類號：G642 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2016）10-0143-03
On-campus Practical Training Exploration of Measurement and Control Technology and Instrument Specialty//YIN Lunhai， WANG Junsheng， LAN Hehui
Abstract The on-campus practical training teaching system is established. Training target， training content and training module is formulated. All the training contents are from basic to professional， and go from the easy to the difficult and complicated. The Engi-neering practice ability of the students can be increased through training. Students of three year of graduation are trained and good results have been achieved. Both the Engineering practice ability and ability to research of the students are all increased.
Key words measurement and control technology and instrument specialty； on-campus practical training； training content； training syllabus
1 引言
目前許多院校校外實習以走馬觀花為主，雖然學生在實習過程中可以見到許多未曾見過的儀器設(shè)備，可見識到實習單位的整個生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工藝，但實習效果仍不理想。所以在校外實習基礎(chǔ)上做好校內(nèi)實習、實訓，對提高學生實踐動手能力尤為重要。
遼寧工業(yè)大學為保障學校各專業(yè)培養(yǎng)學生工程實踐能力、工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力，不斷提高工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，在實驗實訓硬件設(shè)施方面采取了一系列保障措施。同時，測控技術(shù)與儀器專業(yè)（以下簡稱測控專業(yè)）教研室教師豐富的工程實踐能力為測控專業(yè)學生實習提供了有力的保障。
2 校內(nèi)實習實訓平臺建設(shè)
目前測控專業(yè)可用校內(nèi)實訓的實驗室和實訓基地條件良好，足可滿足學生實訓需要。
實驗室建設(shè) 測控專業(yè)基礎(chǔ)類實驗室有測控技術(shù)實驗室、單片機實驗室、計算機控制技術(shù)實驗室、“電工電子技術(shù)”遼寧省實驗教學示范中心、“智能控制理論及應(yīng)用”省高校重點實驗室；專業(yè)實驗室有過程控制實驗室、智能機器人實驗室、“新能源汽車智能控制技術(shù)”省重點實驗室、與德國西門子共建的“PLC實驗室”、與美國羅克韋爾自動化公司共建的“工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實驗室”、與美國飛思卡爾半導體公司共建的“嵌入式應(yīng)用實驗室”。
學校實習實訓基地建設(shè) 2012年，遼寧工業(yè)大學在國家發(fā)改委專項資金資助下，投資8000余萬元建設(shè)工程實訓中心，面積2.8萬余平方米，目前完成試驗設(shè)備安裝并投入使用的有金工實訓平臺、電工電子實訓平臺、現(xiàn)代加工技術(shù)平臺、電氣工程綜合實訓平臺、光網(wǎng)絡(luò)通信實訓平臺、新能源技術(shù)綜合實訓平臺、汽車檢測與維修工程訓練平臺、工業(yè)生產(chǎn)過程自動化訓練平臺、化工生產(chǎn)工藝實訓平臺和材料工程實訓平臺?；乜赏瑫r滿足1000名學生從事創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目訓練[1]。10個實訓平臺中測控專業(yè)學生可利用8個進行實訓。
實習實訓中心實訓平臺及測控專業(yè)實驗室的實驗設(shè)備及裝置，為測控專業(yè)學生校內(nèi)實訓提供了良好的實訓硬件條件。
3 合理的實訓師資隊伍建設(shè)
測控專業(yè)教師學歷、職稱結(jié)構(gòu)合理 測控專業(yè)現(xiàn)有專任教師15人，其中教授4人，副教授5人，講師3人，高工1人，實驗師2人；具有博士學位6人，碩士學位7人；中國儀器儀表協(xié)會理事1人，遼寧省“百千萬人才工程”千人層次1人，遼寧省青年骨干教師2人[2]。聘請了丹東東方測控集團有限公司、丹東華日理學電氣有限公司、錦州利達航海電器有限公司等公司8名高級工程師為客座教授，聯(lián)合指導生產(chǎn)實習、實訓等。
測控專業(yè)教師具有較強的實踐經(jīng)驗和指導學生實習實訓的能力 自2013年以來，測控專業(yè)教師共指導大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目11項，其中省級6項、校級5項；3年來指導學生參加全國大學生電子競賽，獲得國家一等獎1項、省級一等獎4項、省級二等獎5項、省級三等獎3項；指導學生參加中國機器人公開賽，獲得國家一等獎1項、國家三等獎1項、省級一等獎2項、省級二等獎1項、省級三等獎1項；指導學生參加飛思卡爾杯智能車競賽，獲得全國總決賽二等獎1項、東北賽區(qū)一等獎2項；指導學生參加“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽、中國大學生計算機設(shè)計大賽、創(chuàng)青春全國大學生創(chuàng)業(yè)大賽、“藍橋杯”軟件創(chuàng)業(yè)團隊賽等大賽，獲得多個國家級和省級獎項。
4 確定實訓教學目標，建立適合測控專業(yè)的實訓教學體系
實訓的目標是通過實訓教學培養(yǎng)學生實踐動手能力、創(chuàng)新能力和工程設(shè)計能力。基礎(chǔ)訓練要求：通過實訓，學生能夠完成控制系統(tǒng)設(shè)計；根據(jù)被控對象特性與技術(shù)參數(shù)要求，學會選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器、顯示儀表等裝置，能夠完成系統(tǒng)組裝調(diào)試、系統(tǒng)投運與參數(shù)整定；學會各個裝置的拆卸與組裝、設(shè)備維護與維修。能力提高訓練要求：能夠完成信號調(diào)理電路、簡單變送器、控制器、輸出控制電路的設(shè)計、焊接、調(diào)試。實訓項目包括專業(yè)基礎(chǔ)技能實訓、專業(yè)技能實訓和創(chuàng)新訓練。
專業(yè)基礎(chǔ)技能實訓 主要包括金工實習、電子實習、生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習、信號變換綜合設(shè)計、過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計、單片機原理及接口技術(shù)設(shè)計、專業(yè)基礎(chǔ)技能實訓。對于基礎(chǔ)實訓模塊內(nèi)容以“實用、夠用、熟練”為原則，要求學生掌握基本的實訓技能。綜合運用電子技術(shù)、電路等電類基礎(chǔ)課程知識，設(shè)計完成實物制作與調(diào)試。實訓指導教師根據(jù)學生實際情況，有針對性地選擇實訓內(nèi)容或項目，為專業(yè)技能實訓打好基礎(chǔ)。
專業(yè)技能實訓 主要包括以智能儀表為主線的綜合實訓，培養(yǎng)學生具有儀器儀表開發(fā)、設(shè)計的創(chuàng)新能力；以儀表工程為主線的綜合實訓，培養(yǎng)學生具有控制系統(tǒng)設(shè)計與儀表選型、安裝及調(diào)試的工程實踐能力。
1）智能儀表實訓：主要訓練傳感器與檢測技術(shù)、單片機技術(shù)、嵌入式技術(shù)、DSP技術(shù)、測控電路等專業(yè)課程內(nèi)容的綜合應(yīng)用，包括完成儀器儀表的設(shè)計、參數(shù)選擇、仿真、實物制作、調(diào)試等環(huán)節(jié)。
2）儀表工程實訓：主要訓練傳感器與檢測技術(shù)、測控電路、PLC技術(shù)、過程控制系統(tǒng)、控制儀表及裝置、DCS技術(shù)、工控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工控組態(tài)軟件等專業(yè)課程內(nèi)容的綜合應(yīng)用，包括完成控制系統(tǒng)的方案設(shè)計與儀器儀表的選型、安裝、調(diào)試及維修等環(huán)節(jié)。
實訓內(nèi)容要隨著知識的更新有所創(chuàng)新、增減，體現(xiàn)實訓的實用性和先進性，同時著重于學生的創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)教育。
創(chuàng)新性訓練 主要包括開放性實驗設(shè)置、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目設(shè)置、科技競賽項目設(shè)置：開放性實驗以信號調(diào)理、單片機技術(shù)和PLC技術(shù)課程內(nèi)容為主設(shè)置實驗項目；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目以企業(yè)需求為導向，設(shè)置檢測與控制為主的工程實踐類項目；科技競賽依托校電工電子實驗教學示范中心、羅克韋爾自動化實驗室、西門子共建PLC實驗室、浙大中控共建DCS實驗室、校實習實訓中心的實驗實訓資源，開展相應(yīng)的專業(yè)技能競賽。
5 建立測控專業(yè)實訓模塊
根據(jù)培養(yǎng)目標設(shè)計相應(yīng)的實訓教學模塊，包括專業(yè)基礎(chǔ)技能實訓設(shè)置和能力提高實訓模塊設(shè)置。
基本技能實訓模塊
1）熟悉檢測變送器、控制裝置結(jié)構(gòu)原理，學會拆卸與組裝。傳感器拆裝與調(diào)試包括熱電偶拆裝與調(diào)試、熱電阻拆裝與調(diào)試、壓力或差壓傳感器拆裝與調(diào)試、流量傳感器拆裝與調(diào)試、物位傳感器拆裝與調(diào)試。變送器拆裝與調(diào)試包括溫度變送器拆裝與調(diào)試、流量變送器拆裝與調(diào)試、壓力或差壓變送器拆裝與調(diào)試、液位變送器拆裝與調(diào)試。執(zhí)行器拆裝與調(diào)試包括氣動薄膜控制閥拆裝與調(diào)試、氣動推桿拆裝與調(diào)試、電動調(diào)節(jié)閥拆裝與調(diào)試、電動推桿拆裝與調(diào)試、低壓電器拆裝與調(diào)試、變頻器調(diào)試、電動機拆裝與調(diào)試。顯示儀表拆裝與調(diào)試包括模擬式顯示儀表和智能顯示儀表拆裝與調(diào)試?？刂破鞑鹧b與調(diào)試包括模擬式控制器和智能控制器拆裝與調(diào)試。
2）根據(jù)被控對象特性設(shè)計控制系統(tǒng)，如單閉環(huán)、串級、比值等控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)要求和被控對象特性選擇傳感器、變送器、控制器和執(zhí)行器，然后組成所需控制系統(tǒng)。
3）控制系統(tǒng)組裝，將所選擇的自動檢測和控制裝置組裝成實際應(yīng)用的控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)備情況，可組成溫度檢測控制系統(tǒng)、壓力檢測控制系統(tǒng)、流量檢測控制系統(tǒng)、液位檢測控制系統(tǒng)，以及四種控制系統(tǒng)合成的綜合控制系統(tǒng)。
4）控制器作用方向的確定。根據(jù)被控對象特性，選擇執(zhí)行器、變送器作用方向的選擇或設(shè)定，最終確定控制器作用方向。
5）根據(jù)被控對象特性，選擇控制規(guī)律，設(shè)置控制參數(shù)。
6）系統(tǒng)投運，包括投運前儀器設(shè)備的校驗與檢修、控制器參數(shù)的整定。
能力提高實訓模塊 為了進一步提高學生工程實踐能力，設(shè)置了能力提高的實訓環(huán)節(jié)，包括網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實訓和電路設(shè)計、制作與調(diào)試實訓。
網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實訓包括PLC技術(shù)、過程控制系統(tǒng)、控制儀表及裝置、DCS技術(shù)、工控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工控組態(tài)軟件等專業(yè)課程內(nèi)容的綜合應(yīng)用，包括完成控制系統(tǒng)的方案設(shè)計與儀器儀表的選型、安裝、調(diào)試及維修等環(huán)節(jié)。
電路設(shè)計類實訓包括信號調(diào)理電路、變送器、控制器、輸出控制電路設(shè)計、制作、焊接和調(diào)試。相應(yīng)的實訓環(huán)節(jié)有基于傳感器與檢測技術(shù)、測控電路等課程的信號變換綜合設(shè)計，基于單片機技術(shù)、嵌入式技術(shù)、DSP技術(shù)等課程的控制器設(shè)計等。有些能力提高實訓部分安排在基礎(chǔ)技能實訓模塊中進行。
6 制定實訓大綱
制訂了較為詳盡的培養(yǎng)計劃，使實訓與課程設(shè)置緊密結(jié)合，實訓環(huán)節(jié)盡量安排在相關(guān)課程結(jié)束后就進行。比如：專業(yè)基礎(chǔ)技能實訓在電路、電子技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)課后的第5學期進行，2學分；信號變換綜合設(shè)計在傳感器與檢測技術(shù)、測控電路、電力電子技術(shù)課程結(jié)束后的第5學期進行，2學分。
對于綜合性實訓環(huán)節(jié)，只能在所有理論課程都結(jié)束后進行，或者分步進行實訓。如表1綜合實訓教學計劃，分為6、7兩個學期進行實訓。同時，根據(jù)實訓內(nèi)容多次安排實訓學時，并根據(jù)學時數(shù)與實訓項目權(quán)重分配成績比例。實訓成績最終通過現(xiàn)場演示、報告、答辯等方式進行考核。
7 實訓效果
實訓教學中以學生為中心、以教師為主導開展，根據(jù)不同實訓模塊、教學內(nèi)容以及每節(jié)實訓課的重難點，采用不同的教學方法。以教師為主導開展采用啟發(fā)式教學方法，把學生作為教學的主體，引導學生肯思考、會思考，以提高其分析和解決問題能力。從2013年開始，對2010、2011、2012級測控專業(yè)學生進行實訓。
傳感器拆裝、調(diào)試實訓 使學生深入了解傳感器工作原理、特性和輸出信號特點，從而可以根據(jù)信號特點制作信號調(diào)理電路，或者選擇傳感器。
專業(yè)基礎(chǔ)技能實訓 通過對電子元器件性能測試和簡單電路設(shè)計制作，充分了解器件性能，為復(fù)雜電路設(shè)計制作時器件選型獲得第一手經(jīng)驗；信號變換綜合設(shè)計實訓要求學生設(shè)計信號放大、濾波、隔離、線性化等功能的信號調(diào)理電路，設(shè)計輸出控制電路，利用自己設(shè)計的控制器組成一個簡單控制系統(tǒng)。這樣可以鍛煉學生掌握較復(fù)雜的控制電路設(shè)計、開發(fā)、制作能力和電路檢修能力。
控制器制作實訓 在單片機原理及接口技術(shù)、DSP技術(shù)及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實訓過程中，利用相應(yīng)的開發(fā)板，并分層次設(shè)置實訓內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上進行控制器設(shè)計、制作、焊接和調(diào)試，培養(yǎng)學生電路設(shè)計、開發(fā)、制作能力，培養(yǎng)學生設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性工程設(shè)計的能力。
網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實訓 在PLC技術(shù)、DCS與FCS實訓中，依托S7-300實驗室、羅克韋爾實驗室、DCS實驗室開發(fā)創(chuàng)新性實驗項目，在3屆學生中開展多項技能培訓、技能競賽，取得較好的工程訓練效果。
經(jīng)過實訓鍛煉，測控專業(yè)學生的工程實踐能力、研發(fā)能力都有了較大的提高，提高了就業(yè)競爭能力，部分工程能力較強的學生在工作伊始就表現(xiàn)出較強的科研能力和業(yè)務(wù)能力。如2010級一名學生，工作不到一年，就成為丹東華日理學儀器有限公司技術(shù)骨干，承擔科研項目；就業(yè)于丹東金洋科技發(fā)展集團有限公司的一名2011級學生在實習期滿后就成為項目組長，承擔項目。
具有了較強的工程實踐能力，畢業(yè)生在就業(yè)時具有較強的競爭優(yōu)勢。通過統(tǒng)計，近3年來，本專業(yè)畢業(yè)生的一次協(xié)議率分別是49.06%、63.86%、73.08%，就業(yè)率分別為90.57%、96.39%、98.78%，呈現(xiàn)穩(wěn)步攀升趨勢。
8 結(jié)語
建立實訓教學體系，實訓過程形成從簡單到復(fù)雜、從基礎(chǔ)到專業(yè)、從接受基本知識和技能到培養(yǎng)綜合能力這樣一個逐步積累、深化和提高的完整的教學體系。實訓教學與理論教學組成一個完整的測控專業(yè)培養(yǎng)體系，全面培養(yǎng)學生的實訓技能、科學作風，以及綜合分析、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，使學生具有創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)精神和較強的工程實踐能力。
參考文獻
第2篇：測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞:LonWorks;智能節(jié)點;智能網(wǎng)絡(luò)測控
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS是針對傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)的不足之處提出來的，它跨越了電子、控制、儀器儀表、自動化、計算機和網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，因此具有一定的學術(shù)意義。在眾多總線中，LonWorks現(xiàn)場總線以其完全支持ISO/OSI七層協(xié)議，支持多種通信媒介，可靠性高，可互操作，兼容性和靈活性好等獨特的優(yōu)點成為現(xiàn)場總線的主流。
本文對基于LonWorks的高可靠性、全開放的智能網(wǎng)絡(luò)進行研究和應(yīng)用，通過大量的實驗，開發(fā)和設(shè)計智能測控系統(tǒng)。
1 LonWorks智能節(jié)點的設(shè)計概述
基于神經(jīng)元芯片的開發(fā)可以分為兩種:
(1)基于控制模塊的硬件設(shè)計方法;(2)基于收發(fā)器的硬件設(shè)計方法。
控制模塊中通常包括神經(jīng)元芯片、Flash、程序存儲器、收發(fā)器以及RAM等，用戶只需設(shè)計自己的應(yīng)用電路，可縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。而基于收發(fā)器的設(shè)計方法除了考慮應(yīng)用電路設(shè)計，還必須考慮神經(jīng)元芯片與Flash存儲器以及RAM的接口電路。采用這種方法時，電路板設(shè)計加工以及生產(chǎn)工藝要求較高，但可以降低產(chǎn)品成本，提高設(shè)備的市場競爭力。為了學習和以后研究的需要，本文采用第二種設(shè)計方案。LonWorks技術(shù)是一種控制網(wǎng)絡(luò)層次上的技術(shù)，故節(jié)點的開發(fā)離不開對網(wǎng)絡(luò)的整體考慮，根據(jù)控制策略的不同，節(jié)點的開發(fā)會有所不同，但對于一個控制網(wǎng)而言，不外乎由傳感器、執(zhí)行器、獲取和傳輸數(shù)據(jù)局的網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行控制邏輯的控制和程序等構(gòu)成。而對于組成網(wǎng)絡(luò)重要部分的節(jié)點而言，所完成的任務(wù)無非是獲取和傳輸數(shù)據(jù)，并根據(jù)所獲取的數(shù)據(jù)信息來執(zhí)行相應(yīng)的控制邏輯。故此，一個通用節(jié)點可由圖1表示。
下面將討論LonWorks節(jié)點的硬件設(shè)計和開發(fā)以及LonWorks節(jié)點的邏輯編程。
2 LonWorks智能節(jié)點的硬件電路設(shè)計
2.1 電源電路設(shè)計
交流電源電壓經(jīng)過全波整流后，采用7805芯片變成節(jié)點電路需要的5V的直流電源。設(shè)計如圖2所示。
2.2 MC143150與AT89C52的接口
該節(jié)點采用AT89C52作為主處理器，與神經(jīng)元芯片接成并行I/O對象的操作模式。神經(jīng)元芯片的并行I/O對象允許以最高為3.3Mbps的速率雙向傳輸數(shù)據(jù)。并行I/O對象的物理接口通過神經(jīng)元芯片的11個I/O引腳完成。應(yīng)用在并行I/O狀態(tài)下的神經(jīng)元芯片不再能有其他的I/O對象來處理物理接口，神經(jīng)元芯片固件還可實現(xiàn)令牌傳遞和握手協(xié)議來實現(xiàn)同步和防止總線競爭。為增加設(shè)計的靈活性，神經(jīng)元芯片提供幾種并行I/O對象的操作模式:主模式，從A模式和從B模式。本節(jié)點中神經(jīng)元芯片與單片機AT89C52的連接采用從A模式，其接口電路如圖3所示。
由于神經(jīng)元芯片3150的握手信號HS是集電極開路的，因此需要接上一個10kΩ的上拉電阻。在Slave A模式中，神經(jīng)元芯片3150是在主處理器的控制下工作的，對主處理器來說，神經(jīng)元芯片3150是含8個數(shù)據(jù)位和3個控制位的并行I/O設(shè)備。單片機的P0口與神經(jīng)元芯片3150的IO0~IO7相連作為8位數(shù)據(jù)總線，P1.7與神經(jīng)元芯片3150的IO10相連接作為握手信號端，P1.5與IO8相連作為CS信號端。HS信號由神經(jīng)元芯片3150的內(nèi)部固件控制，當HS為高電平時，表示神經(jīng)元芯片3150正在讀寫數(shù)據(jù)、處于忙狀態(tài)，當HS為低電平時，表示神經(jīng)元芯片3150數(shù)據(jù)處理完畢，可以進行下一次通信了。在總線上主處理器和從處理器之間不斷交換一個虛擬的寫令牌，令牌的擁有者有寫數(shù)據(jù)或傳遞數(shù)據(jù)的權(quán)力。主處理器寫時，當AT89C52單片機判斷到HS信號為低時，在CS信號的下降沿將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)總線，在CS信號的上升沿數(shù)據(jù)被神經(jīng)元芯片3150的輸入緩沖區(qū)截取，同時導致HS端變?yōu)楦唠娖?，當?shù)據(jù)讀取結(jié)束時，HS被置低，等待下次通信。
2.3 神經(jīng)元芯片3150的存儲器擴展
本節(jié)點中，系統(tǒng)的固件存儲在片外的EPROM中，地址為0x0000～0x3FFFH;應(yīng)用程序也存儲在片外的EPROM中，地址為0x4000～0x7FFFH;片外RAM的地址為0x8000～0xDFFFH。地址空間的分配如圖4所示。圖4是神經(jīng)元芯片外接32kB EPROM和24kB RAM的電路原理圖。由于系統(tǒng)固件的存儲地址要求從0x0000H開始，所以32kB EPROM的地址應(yīng)設(shè)計成0x0000H～0x7FFFH;而RAM的地址是0x8000H～0xDFFFH(24kB)。將地址線A15直接作為EPROM的選片信號線。當A15為低電平時，EPROM被激活，因此保證了EPROM的地址從0x0000H到0x7FFFH。
地址線A13和A14進行與非邏輯再和A15與非后作為RAM存儲器的選片信號線，這樣，當?shù)刂沸盘柧€最高三位是100、101及110時，RAM存儲器的選片信號才為低電平，所以RAM存儲器的地址為1000 0000 0000 0000 ～ 1101 1111 11111111，即0x8000H～0xDFFFH，一共為24kB。
2.4 主處理器AT89C52外圍電路設(shè)計
圖5為主處理器外圍接口電路圖。該節(jié)點采用27256擴展了32kB的RAM，用于存儲各模擬通道輸入和輸出數(shù)據(jù)。
2.5 硬件抗干擾性措施
LonWorks設(shè)備工作在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，其自身各部分及與周圍其他電子設(shè)備之間不可避免地存在各種形式的電磁干擾EMI，此外靜電放電ESD產(chǎn)生的脈沖電壓、電流也是瞬態(tài)干擾因素，因此在產(chǎn)品開發(fā)時應(yīng)增強設(shè)備自身的抗干擾能力，切斷內(nèi)外干擾。為有效地避免因外界EMI和ESD導致自身工作性能的降低，同時結(jié)合LonWorks電路自身特點，要考慮的主要問題有:寄生耦合問題、電源分配及VCC解耦、傳輸介質(zhì)、ESD的防護措施。
3 LonWorks智能節(jié)點的軟件設(shè)計
3.1據(jù)采集模塊的軟件設(shè)計
智能節(jié)點的數(shù)據(jù)采集部分采用MAXIM公司的12位DAS芯片MAX197位必須一致(即D2、D1、D0位必須一致)。MAX197提供了一個標準的中斷信號，轉(zhuǎn)換結(jié)束后輸出數(shù)據(jù)準備就緒時，中斷信號INT變?yōu)榈碗娖剑境绦蛑型ㄟ^輪詢P1.7口的狀態(tài)來判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。
AT89C52單片機可根據(jù)定時常數(shù)來決定什么時候去觸發(fā)數(shù)據(jù)采集開始，因此定時常數(shù)有2個，前M次采樣的定時常數(shù)為Tsd+T，后N-M次的定時常數(shù)為Ts，采樣得到的數(shù)據(jù)保存在擴展的RAM中。
綜上所述，編寫的數(shù)據(jù)采集子程序流程圖如圖6所示。
3.2 LonWorks通信模塊的軟件設(shè)計
本裝置的主處理器是AT89C52，從處理器是MC143150，主處理器負責將測得的數(shù)據(jù)發(fā)送給MC143150，而MC143150則負責將測得的參數(shù)實時發(fā)送到LonWorks網(wǎng)絡(luò)上。Neuron芯片程序的編寫使用Neuron C語言。
本裝置中主機在完成參量的采集、處理和存儲后通過并行通信方式將測量結(jié)果發(fā)送給Neuron芯片，由Neuron芯片將測得的數(shù)據(jù)發(fā)送到LonWorks網(wǎng)絡(luò)上。因此通信模塊包括了80C196KC與Neuron芯片的通信和Neuron芯片的網(wǎng)絡(luò)通信兩各部分。Neuron芯片以并行從B方式與主機通信，在該方式下Neuron芯片的IO0~IO7為雙向數(shù)據(jù)總線(其中IO0為數(shù)據(jù)的低位和握手信號共用位)、IO8作為片選信號CS、IO9為讀寫控制信號R/W、IO10作為選擇輸入A0。主機與Neuron芯片的通信程序流程圖如圖7所示。
本裝置Neuron芯片的應(yīng)用程序可以通過分別定義包含各電參量當前測量值的網(wǎng)絡(luò)變量實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的網(wǎng)路共享。網(wǎng)絡(luò)變量定義的格式如下:
network input | output [netvar-modifier] [class] type [connection-info] identifier
[=initial-value]
程序中的網(wǎng)絡(luò)變量應(yīng)為輸出型的網(wǎng)絡(luò)變量，為便于數(shù)據(jù)格式的通用性，類型(type)定義為標準網(wǎng)絡(luò)變量SNVT_count_inc，該類型網(wǎng)絡(luò)變量的數(shù)據(jù)類型為有符號長整形數(shù)，長度為2個字節(jié)。Neuron芯片與80C196KC之間采用并行(Parallel)通信方式，工作方式為Slave A方式，對Parallel I/O對象進行顯式配置的Neuron C語句和說明為:
IO_0 parallel slave | slave_a | master io_object_name
Parallel I/O對象雖然使用全部11個管腳，但只需說明管腳IO_0即可，slave| slave_a | master 用于說明Neuron芯片的工作模式。io_object_name為用戶給I/O對象指定的名字。本程序?qū)arallel I/O對象的說明為:
IO_0 parallel slave_b ele_par
為使用Neuron芯片的Parallel I/O 對象，io_in()和io_out()函數(shù)需要一個指向parallel_io_interface結(jié)構(gòu)的指針:
struct parallel_io_interface
若想實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享，還需將網(wǎng)絡(luò)變量互連，該過程稱為捆綁(binding)，可以通過網(wǎng)絡(luò)管理工具來完成，比如LonBuilder、LonManager軟件包中的LonMaker或Echelon公司的客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架LNS。連接過程實際上就是發(fā)送一組包含節(jié)點的地址、報文類型等信息的網(wǎng)絡(luò)管理報文到需要連接的節(jié)點，然后這些節(jié)點再將地址表和網(wǎng)絡(luò)變量配置表寫入Neuron芯片的E2PROM中。經(jīng)過LonMaker工具配置后網(wǎng)絡(luò)變量就與LonWorks網(wǎng)絡(luò)建立了連接，輸出網(wǎng)絡(luò)變量的更新將引起與之相連的輸入網(wǎng)絡(luò)變量的更新，從而將測量的電參量傳送到了LonWorks網(wǎng)絡(luò)上。
3.3 軟件抗干擾措施
本裝置應(yīng)用的場所工作環(huán)境比較惡劣、干擾嚴重，因此需要周密考慮和解決抗干擾的問題。常用的軟件抗干擾措施有指令冗余和軟件陷阱?！爸噶钊哂唷边m用于當CPU受到干擾后把操作數(shù)當作指令碼來執(zhí)行從而引起程序的混亂，此時指令冗余可使程序恢復(fù)正常。另一種軟件抗干擾措施，即所謂“軟件陷阱”?！败浖葳濉笔且粭l引導指令，強行將捕獲的程序引向一個指令的地址，在那里有一段專門處理錯誤的程序。“軟件陷阱”一般安排在下列四種地方:未使用的中斷向量區(qū)、未使用的大片EPROM空間、表格、程序區(qū)。
本裝置還采用了看門狗定時器來監(jiān)視系統(tǒng)的運行，大大提高了程序的抗干擾能力。
4 結(jié)束語
本文主要敘述了基于LonWorks的智能網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的設(shè)計思想，其中包括了AT89C52單片機程序和Neuron芯片的應(yīng)用程序兩部分的流程圖。主機程序用MCS-51系列單片機匯編語言來編寫，Neuron芯片應(yīng)用程序用Neuron C來編寫。
LonWorks技術(shù)發(fā)展方興未艾，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，具有較理想的應(yīng)用價值和市場前景。
我國目前對LonWorks技術(shù)的應(yīng)用剛剛起步，隨著業(yè)內(nèi)人士的更多了解，相信會有更廣泛的應(yīng)用前景。
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第3篇：測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文
【關(guān)鍵詞】 環(huán)境監(jiān)測；單片機；數(shù)據(jù)采集
1、引言
隨著社會的進步，人們對居住和工作的環(huán)境有了更高的要求，越來越重視其舒適性和安全性，這就要求對室內(nèi)的各項環(huán)境參數(shù)進行量化管理。其中，對有的參數(shù)（如溫度、濕度和光強等）實現(xiàn)實時監(jiān)測與控制，進而達到綜合調(diào)節(jié)控制。本設(shè)計實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度、光照強度、濕度和酒精煙霧四個參數(shù)的采集、處理及顯示并通過采集的數(shù)據(jù)實時控制聲光報警器。
2、系統(tǒng)設(shè)計框架
本設(shè)計以STC12C5A60S2單片機為最小系統(tǒng)控制核心，實現(xiàn)對溫度、光照強度的數(shù)據(jù)采集與顯示。數(shù)據(jù)采集模塊主要由LM35溫度傳感器、光敏電阻、同相運算放大器、電壓跟隨器以及A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成。以內(nèi)部集成8通道10位AD轉(zhuǎn)換功能STC12C5A60S2為數(shù)據(jù)處理、控制核心，LCD顯示模塊顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。
3、系統(tǒng)硬件設(shè)計
3.1、最小系統(tǒng)模塊
使用STC12C5A60S2單片機，其最小系統(tǒng)電路圖如圖2，包括單片機芯片、復(fù)位電路以及由外部晶振構(gòu)成的時鐘振蕩器。外接測溫電路、液晶顯示電路、測光電路、酒精濃度測試電路和濕度測試電路。
3.2、測溫電路設(shè)計
通過LM35高精度溫度傳感器檢測當前溫度，將檢測到的信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再通過OP07運算放大器將輸入信號放大4倍，輸出送入單片機模擬檢測通道P10端口。溫度檢測及調(diào)理電路如圖3所示。
運放的增益為：
此處
3.3、測光電路設(shè)計
通過光敏電阻檢測當前光照強度，將對應(yīng)的電壓通過一個電壓跟隨器后送入單片機模擬檢測通道P11端口，光強檢測及調(diào)理電路 3.4、酒精濃度檢測電路設(shè)計
MQ-3氣敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層，測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。本設(shè)計將4、6腳作為數(shù)據(jù)輸出端，通過R14采樣電阻采取電壓值，輸入LM393電壓比較器負端口，正向輸入端通過可變電阻分壓，設(shè)定參考閥值。通過比較輸出TTL電平，達到聲光報警。模擬量輸出端為MQ-3的4、6腳。
3.5、濕度檢測電路
濕度檢測電路通過濕敏電阻阻值變化，采取不同濕度情況下的電壓值。電壓值通過LM393比較路與設(shè)定比較電壓比較，輸出TTL電平，達到聲光報警。
3.6、液晶顯示電路設(shè)計
字符型液晶顯示屏，考慮本次設(shè)計有四路信號需要顯示，通過74HC595驅(qū)動LCD1602，從而只需要三根線連接單片機，為RS、EN以及595的DS端。串行輸入，并行寫入LCD1602。與單片機連接電路圖如圖7所示。
5、結(jié)論
本系統(tǒng)以單片機STC12C5A60S2為核心，最終完成對0℃～125℃溫度范圍內(nèi)的溫度檢測，溫度檢測誤差在1℃以內(nèi)。能對光照強度，空氣濕度，空氣中酒精濃度進行實時檢測，酒精濃度超標時蜂鳴器報警。光照強度檢測精度為0.5%，空氣濕度檢測精度為0.5%，采樣頻率為0.5 HZ。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，可用于車載溫度、濕度、酒精檢測，溫室大棚濕度，酒精濃度監(jiān)視。
參考文獻
[1] 梅麗鳳，王艷秋，張軍.單片機原理及接口技術(shù).清華大學出版社.1991：9—32
第4篇：測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文
【關(guān)鍵詞】ZigBee技術(shù);PIC單片機;糧情測控
1.引言
糧食作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，當前市場上的糧食測控系統(tǒng)大都基于有線方式布局，成本較高且布局難，測控機的控制芯片資源少且處理數(shù)據(jù)能力較弱，不利于后期的功能擴展和大數(shù)據(jù)[1]的處理，本文設(shè)計了一種結(jié)合ZigBee無線設(shè)備和PIC24類型單片機綜合處理數(shù)據(jù)的架構(gòu)[2-5]，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集到穩(wěn)定傳輸?shù)囊幌盗羞^程，在各中央儲備糧食直屬庫中的使用效果明顯。
2.電路設(shè)計
2.1 測控系統(tǒng)框架
糧情系統(tǒng)由上位機（臺式電腦）、測控主機、中繼器、測控分機、倉內(nèi)溫濕度傳感器、倉外溫濕度傳感器、測溫電纜、線纜等設(shè)備組成。上電后，測控系統(tǒng)板工作在正常電壓下開始對糧堆進行溫度采集，測溫電纜使用1-WIRE進行連接，所有測溫傳感器采用寄生電源方式對其供電，糧堆溫度循環(huán)采集后存入固定緩存內(nèi)供上位機隨時調(diào)用。
圖1 1-WIRE搜索算法
圖2 1-WIRE測溫電路
2.2 硬件設(shè)計
本測控系統(tǒng)架構(gòu)包含電源模塊，無線收發(fā)模塊和系統(tǒng)測控板三大塊。系統(tǒng)測控板硬件設(shè)計由PIC24FJ128DA210芯片電路，電源轉(zhuǎn)換電路，UART通信電路，測溫端口電路以及外部AD擴展端口電路構(gòu)成。本系統(tǒng)采用常見的DS18B20作為測溫傳感器，其具有唯一的注冊碼，在1-Wire網(wǎng)絡(luò)中，注冊碼用于單總線主機對從機器件進行逐一尋址，如果1-Wire網(wǎng)絡(luò)中從機器件的ROM碼是未知的，可以通過搜索算法來找到此碼。搜索算法采用的是二叉樹型結(jié)構(gòu)，搜索過程沿各分節(jié)點進行，直到找到器件的ROM碼（即葉子）為止;后續(xù)的搜索操作沿著節(jié)點上的其它路徑進行，按照同樣的方式直到找到總線上的所有器件代碼。搜索算法和1-WIRE電路如圖1、圖2所示。
測控分機的具體PCB圖如圖3所示：
圖3 測控分機PCB圖
無線模塊采用如圖4所示。
圖4 無線收發(fā)模塊
圖5 測控系統(tǒng)下位機程序流程圖
該無線模塊在可視距離下可達2KM，采用常見的RS485通信方式與糧情測控系統(tǒng)板連接，使用12V外部電源直接為無線模塊供電，內(nèi)部則通過穩(wěn)壓芯片為無線射頻芯片提供5V電源。
2.3 系統(tǒng)下位機件設(shè)計
系統(tǒng)具體流程圖如圖5所示，系統(tǒng)上電后，電路板電源指示燈常亮，表示系統(tǒng)工作電壓正常，此時系統(tǒng)完成工作頻率的配置，串口初始化，定時器的初始化以及I/O口功能的定義。完畢后，系統(tǒng)工作指示燈閃爍表明系統(tǒng)板工作正常，為了縮短從接收命令到上傳數(shù)據(jù)時間，系統(tǒng)采用循環(huán)采集數(shù)據(jù)方式將當前糧堆數(shù)據(jù)存儲下來，方便上位機即時讀取，接收到命令后，測控分機立即發(fā)送命令獲取此時倉外倉內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，并將其與糧堆數(shù)據(jù)一起打包通過ZigBee模塊發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過串口將數(shù)據(jù)上傳給上位機處理。
3.上位機界面
上位機界面接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)進行存儲，并在主界面三維顯示當前采集倉的具體數(shù)據(jù)，上位機界面如下所示。糧情分析是對上傳糧情的參數(shù)信息進行分析處理并顯示在測控界面上，能夠直觀地反映糧食儲存的基本狀況，便于倉庫管理人員可以隨時了解掌握糧情參數(shù)的變化，以便及時地對倉庫進行智能化控制。上位機軟件主要包括糧情檢測，巡檢巡測功能，糧情分析，數(shù)據(jù)存儲與檢索，數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)打印，糧情控制以及一些拓展功能。
4.結(jié)束語
本設(shè)計通過利用無線傳輸模塊與高性能的PIC24系列單片機相結(jié)合的方式開發(fā)出新型糧食監(jiān)控系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)有線方式布局降低了布線困難，成本高等缺點，在處理速度和資源上都有明顯的提高，滿足當前糧情測控系統(tǒng)對實時性以及后期可擴展性上的需求。
參考文獻
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第5篇：測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文
一、“電子設(shè)計自動化”課程教學的特點
電子設(shè)計自動化是一個較為寬泛的概念，它涵蓋了電路設(shè)計、電路測試與驗證、版圖設(shè)計、PCB板開發(fā)等各個不同的應(yīng)用范圍。而當前“電子設(shè)計自動化”課程設(shè)置多數(shù)側(cè)重電路設(shè)計部分，即采用硬件描述語言設(shè)計數(shù)字電路。因此，該課程的教學具非常突出的特點。
1.既要有廣度，又要有深度
有廣度即在教學過程中需要把電子設(shè)計自動化所包含的各個不同的應(yīng)用環(huán)節(jié)都要讓學生了解，從而使學生從整個產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)，把握電子設(shè)計自動化的真正含義，以便于他們建立起一個全局概念。有深度即在教學過程中緊抓電路設(shè)計這個重點，著重講解如何使用硬件描述語言設(shè)計硬件電路，使學生具備電路設(shè)計的具體技能，并能夠應(yīng)用于實踐和工作當中。
2.突出硬件電路設(shè)計的概念
在眾多高校開設(shè)的“電子設(shè)計自動化”課程中，多數(shù)是以硬件描述語言VHDL作為學習重點的。而VHDL語言是一門比較特殊的語言，與C語言、匯編語言等存在很大的不同。因此，在教學過程中首先要讓學生明白這門語言與前期所學的其他語言的區(qū)別，并通過實例，如CPU的設(shè)計及制造過程，讓學生明白VHDL等硬件描述語言的真正用途，并將硬件電路設(shè)計的概念貫穿整個教學過程。
3.理論與實踐并重
“電子設(shè)計自動化”是一門理論性與實踐性都很強的課程，必須兩者并重，才能收到良好的教學效果。在理論學習中要突顯語法要點和電路設(shè)計思想，[2]并通過實踐將這些語法與設(shè)計思想得以加強和鞏固，同時在實踐中鍛煉學生的創(chuàng)新能力。
二、“電子設(shè)計自動化”課程教學方法總結(jié)
良好的教學方法能起到事半功倍的效果。因此，針對“電子設(shè)計自動化”課程的教學特點，筆者根據(jù)近幾年的教學經(jīng)驗總結(jié)了一些行之有效的教學方法。
1.以生動的形式帶領(lǐng)學生進入電子設(shè)計自動化的世界
電子設(shè)計自動化對學生來說是一個全新的概念。如何讓他們能夠快速地進入到這個世界中，并了解這個世界的大概，從而對這個領(lǐng)域產(chǎn)生興趣，是每個老師在這門課授課之前必須要做的一件事情。教師可以采用一些現(xiàn)代化的多媒體授課技術(shù)，讓學生更直觀地了解電子設(shè)計自動化。由于電子設(shè)計自動化是一個很抽象的概念，因此，可以通過播放視頻、圖片等一些比較直觀的內(nèi)容來讓學生了解這個領(lǐng)域。從學生最熟悉的電腦CPU引入，通過一段“CPU從設(shè)計到制造過程”的視頻，讓學生了解集成電路設(shè)計與制造的流程與方法，并引出集成電路這個概念。通過早期的集成電路與現(xiàn)在的集成電路的圖片對比，引出EDA的概念，并詳細講解EDA對于集成電路行業(yè)的發(fā)展所作的巨大貢獻。在教學過程中，通過向?qū)W生介紹一些使用EDA技術(shù)實現(xiàn)的當前比較主流的產(chǎn)品及其應(yīng)用，提高學生對EDA的具體認識。這些方法不僅使學生對EDA相關(guān)的產(chǎn)業(yè)有了相應(yīng)的了解，更激發(fā)了學生的學習興趣，使學生能夠踴躍地投入到“電子設(shè)計自動化”的學習中。
2.以實例展開理論教學
“電子設(shè)計自動化”的學習內(nèi)容包含三大部分：[3]硬件描述語言（以VHDL語言為學習對象）、開發(fā)軟件（以QUARTUSII為學習對象）和實驗用開發(fā)板（以FPGA開發(fā)板為學習對象）。硬件描述語言的學習屬于理論學習部分，是重中之重。對于一門編程語言的學習來說，語法和編程思想是學習要點。在傳統(tǒng)的編程語言學習的過程中，通常都是將語法作為主線，結(jié)合語法實例逐漸形成編程思想。這種學習方法會使學生陷入到學編程語言就是學習語法的誤區(qū)中，不僅不能學到精髓，還會因為枯燥乏味而產(chǎn)生厭倦感。如何能使學生既能掌握電路設(shè)計的方法，又輕松掌握語法規(guī)則是一個教學難題。筆者改變傳統(tǒng)觀念，將編程思想的學習作為教學主線，在理論學習過程中，以具體電路實例為基礎(chǔ)，引導學生從分析電路的功能入手，熟悉將電路功能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的程序語句的過程，并掌握如何將這些語句按照規(guī)則組織成一個完整無誤的程序。在此過程中，不斷引入新的語法規(guī)則。由于整個過程中學生的思考重點都放在電路功能的實現(xiàn)上，而語法的學習就顯得不那么突兀，也不會產(chǎn)生厭倦感。由于語法時刻都需要用到且容易忘記，因此在后期的實例講解過程中需要不斷地鞏固之前所學過的語法現(xiàn)象，以避免學生遺忘，以此讓學生明白，學習編程語言的真正目的是為了應(yīng)用于電路設(shè)計。通過一些實踐，學生體會到語言學習的成就感，進一步提高了學習興趣，此方法收到了良好的教學效果。
3.將硬件電路設(shè)計的概念貫穿始終
硬件描述語言與軟件語言有本質(zhì)區(qū)別。很多學生由于不了解硬件描述語言的特點，在學習過程中很容易將之前所學的C語言等軟件編程語言的思維慣性的應(yīng)用于VHDL語言的學習過程中，這對于掌握硬件電路設(shè)計的實質(zhì)有非常大的阻礙。因此，在教學過程中，從最初引入到最后設(shè)計電路，都要始終將硬件電路設(shè)計的概念和思維方式貫穿其中。在講述應(yīng)用實例時，需要向?qū)W生分析該例中的語句和硬件電路的關(guān)系，并強調(diào)這些語句與軟件語言的區(qū)別。以if語句為例，在VHDL語言中，if語句的不同應(yīng)用可以產(chǎn)生不同的電路結(jié)構(gòu)。完整的if語句產(chǎn)生純組合電路，不完整的if語句將產(chǎn)生時序電路，如果應(yīng)用不當，會在電路中引入不必要的存儲單元，增加電路模塊，耗費資源。[4]而對于軟件語言，并沒有完整if語句與不完整if語句之分。為了讓學生更深刻地理解不同的if語句對應(yīng)的硬件電路結(jié)構(gòu)特性，可以通過一個小實例綜合之后的電路結(jié)構(gòu)圖來說明。如以下兩個程序：
（1）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<='1'；elsifa<btheny<='0'；endif；endprocess；end；
（2）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<='1'；elsey<='0'；endif；endprocess；end；
（1）（2）兩個程序唯一的不同點在于：程序（1）中使用的是elsif語句，是一個不完整的if語句描述，而程序（2）使用的是else語句，是一個完整的if語句描述。這一條語句的區(qū)別卻決定了兩個程序的電路結(jié)構(gòu)有很大的不同。（1）綜合的結(jié)果是一個時序電路，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如圖1所示。而（2）綜合的結(jié)果是一個純組合電路，電路結(jié)構(gòu)非常簡單，如圖2所示。通過綜合后的電路圖比較，學生更深刻理解這兩類語句的區(qū)別。強化硬件電路設(shè)計的思想，可以促使學生逐漸形成一種規(guī)范、高效、資源節(jié)約的設(shè)計風格，培養(yǎng)一個優(yōu)秀的硬件電路設(shè)計工程師。
4.通過實踐拓展強化學生動手能力
“電子設(shè)計自動化”是一門實用性很強的課程，學生在學完該課程后必須具備一定的硬件電路設(shè)計和調(diào)試的能力，因此在教學中需要不斷地用實踐訓練來強化學生在課堂所學習的理論知識，并使他們達到能夠獨立設(shè)計較復(fù)雜硬件電路的能力。筆者在教學過程中鼓勵學生將課程實踐和畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容相結(jié)合的方法，讓學生強化實踐能力，收到了良好的效果。學習“電子設(shè)計自動化”課程的學生基本上都是即將進入大四，此時他們的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)開始進入選題，開始了初步設(shè)計的過程。筆者先在實驗課堂向?qū)W生布置一些常用硬件電路設(shè)計的題目，比如交通燈、自動售貨機、電梯控制器等，讓學生體會電子設(shè)計自動化課程的實用性，激發(fā)他們的思考和學習興趣。在此基礎(chǔ)上分組組建實踐小團隊，讓每組學生共同完成一個較復(fù)雜的電路系統(tǒng)，比如遙控小車、溫度測控系統(tǒng)等，鼓勵他們將所做的內(nèi)容與畢業(yè)設(shè)計對接。其中大部分同學通過這些訓練都可以掌握硬件電路設(shè)計的基本方法和流程，有一部分同學還能設(shè)計出比較出色的作品。此過程不僅讓學生體會到了學習知識的快樂，也培養(yǎng)了他們的團隊協(xié)作精神，為他們以后的繼續(xù)深造和工作做了鋪墊。
第6篇：測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文
由于C8051F060內(nèi)部集成的外存存儲器容量為4K,無法滿足測試系統(tǒng)的要求,所以必須擴展外存容量。本方案中,考慮到C8051F060可擴展的外存容量為64K,因此選用IDT71V124SA12PH實現(xiàn)存儲器的擴展。IDT71V124SA12PH是一款3.3V供電的、CMOS靜態(tài)RAM,其存儲容量為128K,完全符合測試系統(tǒng)的要求。C8051F060通過專用的EMIF接口配置外存儲器,包括復(fù)用方式與非復(fù)用方式的選擇、存儲模式的選擇以及時序的設(shè)置。
2模擬信號調(diào)理電路設(shè)計
測試儀中,模擬量采集模塊分-5V~+5V、0~5V、0V~10V、4~20mA四種,而ADC1和ADC2的輸入信號范圍為0~VREF(VREF的值為2.5V),因此必須設(shè)計相應(yīng)的信號調(diào)理電路進行轉(zhuǎn)換處理。信號調(diào)理電路設(shè)計如圖2所示。在圖2所示的電路中,輸入的±5V信號首先經(jīng)LT1991降壓后轉(zhuǎn)換為±1.25V,LT1991是一款精準、增益可選放大器,通過改變引腳的接法可以獲得不同的增益,當按圖示的接法連接電路時,其增益為0.25。輸入信號經(jīng)LT1991降壓后,再通過集成運算放大器LT1363同1.25V的基準電壓做反相加法運算,將±1.25V的信號轉(zhuǎn)換為0~-2.5V。最后經(jīng)反相比例運算電路調(diào)整為0~2.5V。其中1.25V和2.5V的基準電壓分別由電壓基準芯片LT1790-1.25和LT1790-2.5產(chǎn)生。在圖3所示的電路中,輸入的0~5V信號首先經(jīng)LT1991降壓后轉(zhuǎn)換為0~1.25V。經(jīng)過降壓的0~1.25V信號再經(jīng)過由LT1363組成的放大電路放大為0~2.5V信號。在圖4所示的電路中,由于LT1991可實現(xiàn)的最小增益為0.25,因此0~10V的信號經(jīng)過LT1991后可直接衰減為0~2.5V。在圖5所示的電路中,4~20mA的電流信號首先經(jīng)過專用的芯片RCV420轉(zhuǎn)換為0~5V的電壓信號。再經(jīng)過圖5所示的0~5V信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為0~2.5V信號。數(shù)字信號調(diào)理電路設(shè)計轉(zhuǎn)速的測量主要通過編碼器實現(xiàn),考慮到編碼器輸出方式一般為NPN型集電極開路輸出,因此在設(shè)計信號接收電路時,必須要在編碼器信號輸出引腳上加一定的激勵,否則無法實現(xiàn)信號的接收。編碼器輸出的信號經(jīng)過激勵后,接入隔離整形濾波電路,數(shù)字信號的隔離主要是通過光耦實現(xiàn),筆者選用6N137光耦設(shè)計隔離電路。高速光耦6N137的前級輸入電流為6.3~15mA,而加在編碼器輸出端口上的電壓為5V,上拉電阻選為4.7k,因此如果直接將激勵后的信號接入6N137,則無法使光耦導通。因此,必須將輸出信號進行驅(qū)動。筆者選用74HC14作為驅(qū)動輸入信號,該芯片內(nèi)部集成六路反相施密特觸發(fā)器,其輸出電流可達25mA,完全符合系統(tǒng)的要求。編碼器信號調(diào)理電路見圖6所示。圖6所示的電路中,編碼器輸出的A相信號經(jīng)過74HC14后接入光耦6N137的輸入級,光偶的輸出信號在經(jīng)過反相施密特觸發(fā)器74HC14和電阻電容組成的整形濾波電路后送入單片機。反相施密特觸發(fā)器的作用是將輸入信號整形,電阻電容組成的濾波電路的作用是去除高頻毛刺信號?？紤]到輸入信號的最高頻率為500kHz,因此電阻R4的阻值選為200歐姆,電容C2的容值選為10nF,其信號截止頻率=109/200×10=500kHz。由于本系統(tǒng)一共有16路模擬信號輸入,8路數(shù)字量輸入,而單片機內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器ADC0和ADC1以及可編程計數(shù)器陣列PCA0都只有1個信號輸入通道,因此,必須設(shè)計模擬和數(shù)字多路選擇電路進行多路信號的采集?？紤]到單片機內(nèi)部集成有2個A/D,因此模擬多路選擇電路選用ADI公司的ADG1607芯片,該芯片內(nèi)部有2個8選1的多路選擇開關(guān),供電電壓最大可達18V,其應(yīng)用電路如圖7所示。數(shù)字多路選擇電路以74LS151為核心,其應(yīng)用電路如圖8所示。
3通信接口電路設(shè)計
由于測試系統(tǒng)全部的數(shù)據(jù)顯示工作都由上位機完成,因此必須保證下位機與上位機的通信功能。本系統(tǒng)采用RS232的通信方式。接口芯片選擇MAXIM公司的MAX3232。MAX3232芯片是一款3.0~5.5V供電、低功耗、1Mbps、真RS232收發(fā)器。在使用時,只需要外接4只0.1μF的電容,就可以完成數(shù)據(jù)傳輸、通信的功能。
4軟件設(shè)計
下位機軟件設(shè)計下位機軟件主要包括:系統(tǒng)初始化程序、讀上位機命令程序、采樣周期設(shè)置程序、模擬/數(shù)字通道設(shè)置程序、定時器T2中斷服務(wù)程序、數(shù)據(jù)上傳程序。下位機程序的流程如圖9所示。上位軟件設(shè)計在測試系統(tǒng)中,上位機與下位機需要進行通信。上位機發(fā)送控制指令給下位機,下位機采集數(shù)據(jù)結(jié)束后,上傳數(shù)據(jù)給上位機。上位機接收到數(shù)據(jù)后,要對數(shù)據(jù)進行濾波,運算,并以曲線的形式進行顯示。通過上位機測控軟件可以方便實現(xiàn)上述功能。本測試系統(tǒng)利用虛擬儀器開發(fā)工具LabWindows/CVI開發(fā)了一套多功能測試系統(tǒng)上位機測控軟件。本上位機軟件的功能是,通過串口配置模塊配置串口參數(shù),與下位機進行通信;采集通道、采樣周期等控制參數(shù)設(shè)置;發(fā)送控制指令,接收下位機采集到的數(shù)據(jù);對數(shù)據(jù)進行物理量值轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等運算處理以及曲線顯示。為實現(xiàn)串口配置用到了OpenComConfig()函數(shù),通過函數(shù)ComRd()與ComWrt()實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。
5實驗驗證
為了驗證方案的可行性,制作了采集系統(tǒng)樣機并進行了系統(tǒng)實驗。圖10所示為使用高速凸輪機構(gòu)進行實驗的結(jié)果顯示。
第7篇：測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞；土壤濕度；單片機控制；電磁閥滴灌；盆栽植物
0 引言
目前，盆栽植物越來越受到城市居民的喜愛，為了克服傳統(tǒng)的人工給盆栽植物澆水帶來的局限性，本文所介紹的盆栽植物生長過程土壤水分測控系統(tǒng)基于單片機控制，再配合土壤濕度檢測電路設(shè)備探測盆栽植物所在的土壤環(huán)境，電磁閥門和可以根據(jù)不同植物進行多種灌溉方式的灌頭，既克服了傳統(tǒng)的人工澆水的不定時性和不準確性，又避免了以往水分控制系統(tǒng)的不準確性而造成的過澇等，因此采用土壤濕度監(jiān)測模塊，單片機控制模塊，電磁閥門灌水模塊所構(gòu)成的盆栽植物土壤水分測控系統(tǒng)以降低設(shè)備投入，同時也不用自己去專門維護、檢修，是比較理想的選擇。
1 系統(tǒng)方案設(shè)計
系統(tǒng)總體設(shè)計方案主要由土壤濕度檢測模塊、單片機采集控制及輸出電路模塊、電磁閥及滴灌設(shè)備模塊等幾部分組成。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
圖1系統(tǒng)組成框圖
整個系統(tǒng)的工作原理為：土壤濕度檢測模塊來完成對盆栽植物土壤濕度的采集；單片機采集控制系統(tǒng)將采集到的土壤濕度數(shù)據(jù)與設(shè)定的土壤濕度數(shù)據(jù)進行比較，進行實時灌水，達到設(shè)定值時停止灌水；電磁閥及滴灌設(shè)備用來實現(xiàn)根據(jù)單片機經(jīng)過分析數(shù)據(jù)后，實現(xiàn)灌水或者停止灌水；進而使土壤濕度處在適宜農(nóng)作物生長需求的最佳狀態(tài)。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
由A/D轉(zhuǎn)換電路、STC89C52單片機和相應(yīng)的振蕩、復(fù)位電路、繼電器控制電路組成單片機采集控制及信號輸出模塊是整個測控系統(tǒng)的核心。通過采集土壤濕度檢測模塊傳遞的實時土壤濕度信號，與設(shè)定的土壤濕度數(shù)據(jù)進行對比，然后輸出信號使繼電器控制電路控制電磁閥門的開關(guān)，從而進行對盆栽植物的實時灌水。
2.1 土壤濕度檢測模塊
土壤濕度檢測模塊由濕度探頭和信號放大電路組成。
土壤濕度檢測模塊的工作原理：為當土壤濕度傳感器插入土壤時，由于土壤含水量的不同，使得土壤濕度傳感器的電阻值也隨之變化，這個電阻器成為晶體管VT1的基極偏流電阻器。偏流電阻值的不同，使VT1的基極電流也不同，從而改變了VT1的集電極電流，也改變了發(fā)射極上的電流，這一電流流過電阻器R2時，在該電阻器上形成的電壓，再經(jīng)電阻器R5和R8分壓以后加至運算放大器LM358的③腳(同相信號輸入端)，經(jīng)放大以后從LM358的①腳輸出，并由VD3將輸出電壓限定在5V之內(nèi)。
2. 2 單片機采集控制及信號輸出電路模塊
單片機采集控制及信號輸出電路模塊由A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832、STC89C52、繼電器驅(qū)動電路組成。
圖2 A/D轉(zhuǎn)換器電路圖
在單片機采集控制及信號輸出電路中，土壤濕度檢測電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的2腳和3腳相連，如圖2所示。A/D轉(zhuǎn)換器的1腳，5腳，6腳，7腳與單片機的P3口的P34, P37, P36,P35相連，完成相應(yīng)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換。輸出時，單片機P1口與驅(qū)動電路中的ULN2003AN的輸入端相連，ULN2003AN的輸出端與繼電器相連，完成輸出。
2.3 電磁閥滴灌模塊
電磁閥采用常閉電磁閥，其壓力范圍0～0.8Mpa，電壓范圍0～24V。該電磁閥的原理是通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
盆栽植物生長過程土壤水分測控系統(tǒng)程序設(shè)計是基于盆栽植物土壤水分的變化。單片機采集到土壤濕度信號數(shù)據(jù)后，與事先設(shè)定的值進行比較，以決定是否加濕。本盆栽植物生長過程土壤水分測控系統(tǒng)采用滴灌加濕的方法。為了避免滴灌過量的情況發(fā)生，在滴灌后的一段時間內(nèi)，只檢測濕度，而不對土壤濕度信號進行處理。
4 結(jié)論
隨著單片機技術(shù)在農(nóng)業(yè)園藝上業(yè)務(wù)的不斷拓展，采用土壤濕度監(jiān)測模塊，單片機控制模塊，電磁閥門灌水模塊所構(gòu)成的盆栽植物土壤水分測控系統(tǒng)以降低設(shè)備投入，同時也不用自己去專門維護、檢修，既克服了傳統(tǒng)的人工澆水的不定時性和不準確性，又避免了以往水分控制系統(tǒng)的不準確性而造成的過澇等是比較理想的選擇。
參考文獻：
第8篇：測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞：紅外熱釋電 開關(guān) 網(wǎng)絡(luò) 485總線
1 引言
傳統(tǒng)的電燈開關(guān)都是依靠手動控制，經(jīng)常出現(xiàn)忘記關(guān)燈、人員短時離開燈光常亮的現(xiàn)象。本文設(shè)計了一種可以通過485總線遠程控制的照明開關(guān)，內(nèi)部集成了人體紅外熱釋電傳感器、環(huán)境光亮度傳感器、交流電流互感器、小型功率繼電器、485總線通信模塊，由單片機進行智能控制。開關(guān)可以檢測環(huán)境光亮度與有無人員進入，在環(huán)境光較暗的時候，發(fā)現(xiàn)有人進入立即打開開關(guān)，而環(huán)境光線足夠的環(huán)境，則不啟動人造光源，有效的節(jié)約了電能。
2 系統(tǒng)概況
網(wǎng)絡(luò)型紅外感應(yīng)控制開關(guān)是由主控IC、人體紅外熱釋電傳感器、可見光強度傳感器、繼電器控制電路、電流檢測電路、RS-485網(wǎng)絡(luò)接口電路和電源電路組成。主控IC檢測到各傳感器傳送來的信號，進行邏輯判斷，通過繼電器控制電路控制白織燈或熒光燈動作。RS-485網(wǎng)絡(luò)接口為系統(tǒng)提供了網(wǎng)絡(luò)協(xié)同處理能力。
3 硬件電路設(shè)計
（1）電源電路設(shè)計
本設(shè)計電源部分采用的交流電源變壓器，輸入電壓220V AC輸出電壓12V DC，滿載電流29.1mA。變壓器次級經(jīng)過全橋整流，得到穩(wěn)定的直流12V輸出。另外系統(tǒng)還集成了3.3V三端穩(wěn)壓模塊，用于提供給主控IC和紅外熱釋電傳感器部分電路。5V穩(wěn)壓電源用于485通信電路。
（2）主控IC電路設(shè)計
主控IC采用宏晶科技的STC11L04E，芯片內(nèi)部包含中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、UART串口、IO接口、看門狗及片內(nèi)R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。
STC11L04E內(nèi)部集成了4KB的Flash，用于存儲程序。同時集成1KB EEPROM，可以將紅外開關(guān)的機號、工作模式設(shè)置等信息存儲在EEPROM里，擦寫次數(shù)可達10萬次以上。
芯片內(nèi)部集成硬件看門狗功能，可以在程序崩潰以后提供可靠的復(fù)位。芯片提供ISP/IAP功能，更新程序時只需要連接一根3芯數(shù)據(jù)線即可。
（3）通信電路設(shè)計
在TIA/EIA-485-A標準中規(guī)定了485可驅(qū)動的最大負載數(shù)為32[1]，本設(shè)計中采用的485通信IC選擇德州儀器公司設(shè)計生產(chǎn)的75HVD3082，最多支持256個節(jié)點。用三極管Q2控制發(fā)送/接收狀態(tài)。三極管導通時，DE/RE被拉高，系統(tǒng)處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。當三極管截止時，DE/RE被拉低，系統(tǒng)處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。發(fā)光二極管D2指示了系統(tǒng)的發(fā)送/接收狀態(tài)。
為了防止總線空閑時出現(xiàn)不確定狀態(tài)，增加了R15和R17，用來在總線空閑時，給總線上一個確定的信號。在RS485總線兩端，會產(chǎn)生阻抗不連續(xù)的情況，會出現(xiàn)信號反射的情況。為了降低這種不匹配和不連續(xù)，需要在總線兩端添加終端電阻，典型值為120Ω[2]，在總線的兩端通過短接J5將此電阻接入總線。
75HVD3082輸出為5V信號，而主控IC工作電壓為3V，所以在75HVD3082的輸出RO到主控IC引腳間加了兩個電壓匹配電阻，來改變主控IC的輸入電壓。而由于主控IC的IO輸出高電平為3.3V，已經(jīng)可以達到75HVD3082對輸入高電平的要求，所以輸入端直接與主控IC的IO口連接即可。
（4）人體熱釋電紅外檢測電路設(shè)計
人體熱釋電紅外檢測控制IC使用了深圳全智芯科技有限公司設(shè)計生產(chǎn)的AS081。AS081是一個CMOS工藝集成的PIR控制芯片，功耗低。內(nèi)部架構(gòu)采用模擬及數(shù)字混合電路的Mixed-mode方式設(shè)計，各種情況下使用皆十分穩(wěn)定。
為了防止主板上其它數(shù)字電路對傳感器造成干擾，采用單點接地的方式，用R12和R13將數(shù)字地與模擬地分開。PCB Layout時，也要充分考慮模擬部分信號地的鋪銅處理。
（5）繼電器控制電路設(shè)計
本設(shè)計采用了一組常開觸點繼電器，繼電器線圈通電時觸點吸合，線圈斷電時觸點斷開。繼電器觸點串連在電燈電源線路上，用來控制電燈的開關(guān)。繼電器線圈采用NPN型三極管Q3控制。當單片機引腳LIGHT_CONTRL輸出高電平時，Q3飽和導通，繼電器線圈通電，觸點吸合。當單片機引腳LIGHT_CONTRL輸出低電平時，Q3截止，繼電器觸點斷開。
（6）電流檢測電路設(shè)計
檢測負載電路中有無電流通過，可以初步判斷負載是否損壞，可及時通知相關(guān)維修維護人員進行檢修。
4網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議格式
開關(guān)采用標準串行通信，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)每字節(jié)11位，1位起始位（0），8位數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗位，和1位停止位（1）。
通信數(shù)據(jù)流格式為：幀起始符（1 Byte）+機號（地址域）（6 Bytes）+幀起始符（1 Byte）+控制碼（1 Byte）+數(shù)據(jù)長度（1 Byte）+數(shù)據(jù)域（n Bytes）+數(shù)據(jù)校驗（1 Bytes）+結(jié)束符（1Byte）。
幀起始符69H：表示一幀開始，值為69H=01101001B。
地址域A0～A5：地址域由6個字節(jié)構(gòu)成，用壓縮BCD碼表示12位10進制數(shù)。每個終端有一個獨立的通訊地址。通訊地址999999999999為廣播地址，廣播地址僅對特定的指令進行響應(yīng)，在不知道某終端通訊地址時可以通過廣播地址查詢。為避免總線堵塞，應(yīng)慎用廣播地址。
控制碼C：控制碼占用一個字節(jié)，傳輸控制字，終端應(yīng)答消息的控制碼為服務(wù)器發(fā)送的控制碼+80H。
數(shù)據(jù)長度L：數(shù)據(jù)域所傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)長度小于50，讀數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)
長度小于200。
數(shù)據(jù)域DATA：數(shù)據(jù)域包含上位機下達的指令與控制參數(shù)或下位機上傳的狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)的發(fā)送方要按字節(jié)加33H，接收方受到數(shù)據(jù)后，按字節(jié)減33H。
校驗碼CS：校驗碼為從幀起始符開始到校驗碼之前的所有數(shù)據(jù)模256的和。即本幀校驗碼前所有數(shù)據(jù)相加的和，不計超過256溢出的部分。
結(jié)束符：表示一幀的結(jié)束，值為17H=00010111B。
發(fā)送前導字節(jié)：在發(fā)送信息之前，先發(fā)送1～4個FEH，以喚醒接收方或告知接收方準備接收數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)傳輸次序：所有數(shù)據(jù)均先發(fā)送低位字節(jié)，后發(fā)送高位字節(jié)。
數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)時間：服務(wù)器發(fā)送命令到終端，終端接收到數(shù)據(jù)后做出響應(yīng)。收到數(shù)據(jù)后的響應(yīng)時間Td：20ms≤Td≤500ms。字節(jié)之間停頓時間Tb：Tb≤500ms。
差錯控制：字節(jié)校驗為偶校驗，幀校驗為數(shù)據(jù)累加和校驗，接收方無論檢測到字節(jié)校驗出錯還是幀校驗出錯，均拋棄整幀信息，不予響應(yīng)。
傳輸速率：9600bps
5軟件設(shè)計
由于紅外熱釋電傳感器需要一個適應(yīng)環(huán)境的過程，整機上電以后，等待45秒時間讓紅外熱釋電傳感器適應(yīng)現(xiàn)場光線，穩(wěn)定后開始工作。程序運行時，先接收、處理上位機發(fā)送來得指令，再根據(jù)相應(yīng)工作模式設(shè)置開關(guān)的狀態(tài)，最后打開或關(guān)閉開關(guān)。
6總結(jié)
經(jīng)過實際應(yīng)用與測試，本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)型紅外感應(yīng)控制開關(guān)能較好的實現(xiàn)預(yù)想效果，成功安裝應(yīng)用到了學校教室、機關(guān)單位走廊等公共場所。設(shè)置為人體感應(yīng)工作模式時，在無人的房間，始終保持電燈關(guān)閉。有人進入后，馬上點亮對應(yīng)區(qū)域的電燈，實現(xiàn)了節(jié)約電能的作用。
參考文獻：
第9篇：測控電路設(shè)計與應(yīng)用范文
關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：CAN ；RS485 ；光纖；井下；系統(tǒng)
中圖分類號：TP331 文獻標識碼：A 文章編號：
1．引言
CAN是是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國際標準。是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。，因為其高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境。比如煤礦井下。
在井下人員定位系統(tǒng)中，將CAN單獨作為監(jiān)控系統(tǒng)通信顯然不妥，它常常作為大系統(tǒng)的分支連線。如何實現(xiàn)CAN總線在井下人員定位系統(tǒng)中的應(yīng)用；對于大型煤礦，分布式監(jiān)控系統(tǒng)的總線距離較遠，如何采用光纖傳輸；如何在傳輸中保證信號穩(wěn)定、安全且線路簡單、造價低廉都是我們值得研究的問題。本文只對CAN總線接口的電路設(shè)計作介紹。
2. CAN總線接口的硬件電路設(shè)計
2．1 CAN模塊硬件電路設(shè)計
圖 1 CAN模塊設(shè)計圖
圖2 CAN控制器和CAN隔離收發(fā)器
傳輸接口與井下通信主站以及井下通信主站之間通過CAN 總線連接, CAN 總線接口電路如圖2 所示。CAN控制器MCP2515是帶有獨立SPI（Searial Peripheral Interface 標準串行外設(shè)）接口的獨立的CAN控制器，一共18個引腳。它完全支持CAN V2.0B技術(shù)規(guī)范，能發(fā)送和接收標準和擴展數(shù)據(jù)幀以及遠程幀。自帶的兩個屏蔽寄存器和六個驗收濾波寄存器可以過濾掉不想要的報文。 CAN隔離收發(fā)器CTM8251AT是一款帶隔離的通用CAN收發(fā)器芯片，主要功能是將CAN總線的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線差分電平并且具有DC 2500V的隔離功能。
高頻信號傳輸時，信號波長相對傳輸線較短，信號在傳輸線終端會形成反射波，干擾原信號，所以需要在傳輸線末端加終端電阻，使信號到達傳輸線末端后不反射。對于低頻信號則不用。本系統(tǒng)CAN總線末端CANLA和CANH之間加上120R的末端電阻。
2.2 RS485模塊的硬件電路設(shè)計
圖 3 RS485模塊設(shè)計圖
RS485采用差分信號負邏輯，＋2V～＋6V表示“1”，- 6V～- 2V表示“0”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制是全雙工通訊方式，兩線制是半雙工通訊方式。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機?？蓪崿F(xiàn)真正的多點雙向通信。
由于系統(tǒng)的分支在煤礦下面應(yīng)以距離不足1公里，選擇性價比比較高的485方式組成2級分支，RS485最大無中繼傳輸距離可達1200米。典型的單主機多從機結(jié)構(gòu)見圖4所示。
圖4 典型的單主機多從機結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用兩線制半雙工通訊方式，采用主機“輪詢”，從機“應(yīng)答”的點對點通信方式；主機使用廣播地址發(fā)送命令時，從機不允許應(yīng)答。理論上總線上可以接32個設(shè)備，但真正在使用時因為礦用產(chǎn)品的功率限制，總的電流不能大于500mA,所以一個分站接5個天線，最遠的兩個天線的距離不要超過1公里。
485通信電纜中的信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號在這個地方就會引起反射。信號這種信號反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。
3. 結(jié)束語
CAN總線應(yīng)用范圍的日趨廣泛，能夠適應(yīng)越來越復(fù)雜的環(huán)境，特別是一些強干擾、遠距離、地理分布不均、工作環(huán)境惡劣的應(yīng)用場合。在基于RFID的煤礦井下人員定位系統(tǒng)中使用CAN作為傳感網(wǎng)絡(luò)的總線，針對煤礦的巷道分布復(fù)雜以及基于成本等方面的考慮，支線則采用485傳輸方式，RFID傳感器信息通過485傳輸至總線。
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