一种智能缩水率机的开发设计

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摘 要：一种基于智能缩水率机的开发设计，应用于各种面料缩水率的测试，因此，研制出性能优良，价格适宜，质量可靠、智能化高的新一代缩水率机便成了当务之急。
关键词：仪表放大器 485通讯 AD转换

随着社会的发展，人民生活水平不断提高，人们对生活质量的追求也在提高。衣食住行，服装得先行，市场上不断推出各种流行面料和流行时尚，几乎每一天都有新面料的问世。这样，就对这些面料的测试提出了更高的要求，而对面料织物的各种技术性能测试中，缩水率的测定又是很重要的一项，它是面料测试中十分关键的技术指标。因此，研制出性能优良，价格适宜，质量可靠、智能化高的新一代缩水率机便成了当务之急。

缩水率机，顾名思义就是测量织物缩水率的机器，我们的第一代产品用目前的眼光来看，体积庞大，外观粗糙，电路陈旧不简洁，可靠性差，主要部件均为自产，如电机等还经常损坏。这次，经过市场调查和分析，我们发现西门子和滚筒式洗衣机的外观，机械结构、电机、电磁阀等在同行中都较领先，而且和我们的要求相近。因此，我们提出了利用西门子壳体改制缩水率机的构想，通过解剖，摒弃了其所有机械程控部分，改用我们自己设计的新的控制系统。程序按照有关国际和国内标准运行，经过实践证明，我们的方案是成功的！

本文主要介绍传感器的数据采集过程，并对其器件的用法和电路的整个工作流程都作了详细的说明。

１． 系统结构（图一）

1.1、 键盘显示电路，如按键的查询、温度的显示、水位的显示等均要由它来完成。因此，按键和面板显示不能占主CPU太多的时间，因此，我们采用非常成熟的8279芯片来管理键盘和显示，达到了很好的效果。

1.2、 传感器的数据采集，单用一片AT89C52作为温度数据和压力数据的采集。数据采集完成以后通过RS485信号传给主CPU板。

1.3、 外设的驱动部分通过固态继电器完成。固态继电器无机械触点、带光电隔离、驱动简单、无火花，更重要的是有过零触发，使用电设备的开关均在输入AC的零点，减小了干扰。所以，在本机中，这些设备均采用固态继电器（其中，电机调速部分采用DCSSR）。在整个过程中，电机的控制是关键，通过对其电机的结构及电路的彻底解剖后，发现其控制电路是一块由从MOTOROLA公司产的TDA1085C的专用电路控制，整个控制部分做得简洁可靠。有鉴于此，我们决定通过间接控制这块板来达到控制电机的目的。这样，既节约了成本，又提高了可靠性。

1.4、 主CPU板为整个系统的核心，它完成传感器数据的采集并进行处理，然后送显示，并且按程序要求驱动外设动作。其中，主CPU和键盘显示电路接口时禁止主CPU数据总线直接和外设进行IO操作（通过扁平电缆和对方相连），保证了显示的稳定，按键的正确判断。主从两CPU之间采用半双工RS485接口进行串行通讯，抗干扰能力很强。同时，由于从CPU已将温度、水位等数据处理整合，打包后发给主CPU，减轻了主CPU的负担。由于整个系统的需要扩展的口线很多，所以在主电路中采用逻辑整合芯片ISPLSI2064来扩展I/O口以及其它逻辑功能的完成。

2．传感器的数据采集电路（图二）

2.1． 水位检测

在技术要求中有实时显示水位这一要求，按照以前那种方法（浮子法）只能有几个水位点，而不能连续测量，而且老是发生水位失控产生溢出的现象，所以我们选用美国SMI公司微压传感器SMI5551，利用原有皮管，用测量水位变化导致气压的变化来间接测量水位，原理如图三：

图三
2.2． 信号的放大调整

鉴这种传感器为微压传感器，输出为毫伏级，所以用仪表放大器进行放大。

仪表放大器选用美国TI公司的INA128，它是一种低电压通用型仪表放大器，其特点如下：

· 低失调电压：50μVmax;
· 低漂移：0.5μV/℃max;
· 低输入漂流：5nA max;
· 高共模抑制比：120dB min;
· 宽通带：200kHz (G=100)；
· 输入过压保护：±40V；
· 宽电源电压范围：±2.25～±18V；
· 低静态电流：700μA；
· 8脚塑料DIP和SO－8封装。

由于特性优良，加之体积小，并可用一个外部电阻方便地从1到10000设定增益，使得INA128能够广泛应用于信号采集放大、医用仪器及多通道系统等很多领域，可以在低至±2.25V的电源电压下工作并且静态工作电流很小，是便携式和其它用电池供电系统的理想器件。

A． INA128应用注意事项

增益设定

图二表示了INA128的基本连接。用一个独立的外部电阻RG可以获得的放大倍数为：G=1＋50kΩ/RG。

式中50kΩ为INA128内部的两个放大器反馈电阻之和，它们都经过激光校正，具有很高的精度和很小的温度系数，手册给定的器件性能已经包括了它们的影响。外接电阻的精度及温度稳定性直接影响增益，特别是增益较大时(G≥100)，连线及插口的电阻也会对增益带来附加误差。也就是说，式中的RG值应为外接电阻与连线等杂散电阻的总和。

噪声干扰

INA128的内部噪声很小，当G≥100时，0.1到10Hz的低频噪声大约只有0.2μVp－p,这比目前最新的低噪声斩波放大器还要小很多。为减小外部干扰和电源噪声的影响，应在紧靠电源引脚的地方加接去耦电容器。

另外，输出电压是以Ref端为参考点的，一般情况下，Ref应该良好接地，以保证放大器良好的共模抑制比。在引脚Ref增加8Ω的串联电阻，就会使共模抑制比下降80dB(G=1)。

本例中在Ref端接1.2V基准是为了配合微压传感器SMI5551的输出范围以及后级AD转换的输出范围。

失调补偿

INA128经过激光校正，因此，失调和温漂都很小，多数情况下无需调整，必要时可对电路进行外部补偿。加电压跟随器将调零电路与仪表放大器加以隔离，维持引脚Ref的低阻抗，保证了放大器良好的共模抑制比。电流源可用集成电路(例如REF200)，也可用电阻代替。当然，用电阻时，电源不稳会对输出产生影响。

输入端电荷泄放通路

INA128的输入阻抗很高，容易产生电荷积累，使输入端电压超过共模电压容许范围，造成输入放大器饱和。但可为电荷提供泄放通路的几种方法。利用变压器的次级中心抽头作为泄放通路。对于热电偶这类低阻抗信号源，在一端接泄漏电阻。而对于高阻信号源，象话筒和水下检测器等，应采用对称电路，以减小输入失调，提高共模抑制比。