電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺建設(shè)
摘要:提出采用AT89S52組成的電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺設(shè)計方案,采用模塊化設(shè)計方案,例如信號檢測與調(diào)理電路、信號變送器接口電路等主要硬件結(jié)構(gòu),以及信號采樣、標度轉(zhuǎn)換和信號補償?shù)溶浖鞒?。測試結(jié)果表明:電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺能夠嚴格按照國家職業(yè)標準中的要求較好地測試應(yīng)試者的水平。技能訓(xùn)練平臺系統(tǒng)設(shè)計方案科學(xué)合理,訓(xùn)練裝置運行可靠。
關(guān)鍵詞:電子儀器儀表;信號調(diào)理;液晶顯示;技能訓(xùn)練;平臺建設(shè)
0 引言
根據(jù)相關(guān)資料的有關(guān)信息顯示,目前國內(nèi)外沒有現(xiàn)成的電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺。根據(jù)《國家職業(yè)標準·電子儀器儀表裝調(diào)工》和職業(yè)技能鑒定規(guī)范,電子儀器儀表裝調(diào)工必備的電工、電子基本理論知識,電子儀器儀表裝調(diào)工必備的誤差處理方法,參加技能鑒定的學(xué)員已在所開設(shè)的相關(guān)課程中得到學(xué)習(xí)和掌握。而對電子識圖、焊接等技術(shù)知識缺乏掌握,對儀器儀表裝配調(diào)試方法和技巧比較薄弱,而專用的儀器設(shè)備欠缺,國家技能鑒定部門沒有現(xiàn)成的訓(xùn)練題庫,只有電子儀器儀表裝調(diào)工國家職業(yè)標準和職業(yè)技能鑒定規(guī)范。而我校就本工種的技能訓(xùn)練和鑒定工作已進行了十五屆,隨著該專業(yè)的技術(shù)發(fā)展,訓(xùn)練項目和鑒定題目進行過大的改進有多次。目前,國家技能鑒定部門已出臺了國家職業(yè)標準和技能鑒定規(guī)范,據(jù)此,設(shè)計、制作了該電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺,填補了我校在這方面的空缺,提升了我校在新時期的發(fā)展?jié)摿Α?br />
1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)
電子儀器儀表裝調(diào)技能訓(xùn)練平臺系統(tǒng)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由直流毫伏信號源、電壓頻率轉(zhuǎn)換用分壓器、電壓放大器、電壓一頻率轉(zhuǎn)換、頻率一電壓轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理電路和顯示電路等模塊構(gòu)成。
信號的輸入模式采用儀器儀表標準信號模式,輸出模式為符合國際標準的4~20 mA電流信號輸出模式。信號放大電路采用通用型雙運算放大器LM358進行兩級放大,經(jīng)過放大處理的模擬信號經(jīng)過調(diào)理電路處理后再進行A/D轉(zhuǎn)換,將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,然后再進行數(shù)字信號處理。數(shù)字信號處理部分采用性價比較高的AT89S52單片機作為處理器對采集的信號進行處理,顯示數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的顯示部分采用LCD顯示器,增強了顯示界面的友好性和實用性。
1.1 直流毫伏信號源
該直流毫伏信號源的輸出為0~180 mV的電壓信號,輸入信號采用普通電位器和多圈精密電位器將1.5 V(可用甲電池)的直流電壓進行二級分壓取得。在第一級分壓后將其電壓信號控制在0~200 mV的范圍之內(nèi),防止電壓過高影響第二級分壓器中間串聯(lián)的微安表頭。該信號源的第一級的分壓器將5 V的直流電壓進行粗分(粗調(diào)),第二級分壓器將第一級分壓器分壓得到的電壓進行細分(細調(diào)),進而滿足信號放大電路對直流毫伏信號的需求。
1.2 電壓頻率轉(zhuǎn)換用分壓器
根據(jù)LM331電壓頻率轉(zhuǎn)換芯片的輸入要求,由該芯片構(gòu)成的電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓信號的范圍為0~10 V。電壓頻率轉(zhuǎn)換用分壓器的輸入信號是采用大功率電位器將10 V的直流電壓分壓取得的。為降低整體的功耗,考慮到將10 V電壓分成最小的電壓幅度,分壓電位器的總阻值取10 kΩ。經(jīng)過測試,該電路能夠很好地輸出0~10 V的電壓,滿足該系統(tǒng)的要求。
1.3 電壓放大器模塊
由于被測的非電量信號經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)變成電信號,并且傳感器輸出的電信號一般是很微弱的(5~200 mV),并與輸入的被測量呈線性關(guān)系,而且易受外界的干擾,故一般采用運算放大器將小信號放大到與A/D電路輸入電壓相匹配的標準電壓(0~5 V),才能進行A/D轉(zhuǎn)換、處理、顯示等后續(xù)工作。本電路采用以內(nèi)部電路補償、低輸入觸發(fā)電壓、高開環(huán)增益的通用型集成運算放大器LM358為核心,進行毫伏信號放大處理。
由信號預(yù)處理電路、增益調(diào)節(jié)電路、電壓跟隨電路3部分組成。信號預(yù)處理電路將5 mV小信號進行不失真的放大,但這個放大倍數(shù)僅有3.3倍,由于輸入觸發(fā)電壓太低,小信號直接進行高增益放大會導(dǎo)致線性失真度增大而不滿足該電壓放大電路的控制要求。增益調(diào)節(jié)電路提供4種可以調(diào)節(jié)的電壓放大增益,為不同的信號放大提供了不同的放大增益,為將信號控制在0~5 V提供了可靠的保障。電壓跟隨電路具有輸入阻抗很高,輸出電阻很低的特點,“跟隨”性能非常好,可以改善電壓放大器的輸出特性。系統(tǒng)預(yù)處理前級放大倍數(shù)為3.3,根據(jù)輸出0~5 V標準信號的要求,增益調(diào)節(jié)電路使最大增益為10,信號經(jīng)過兩級放大和反相最終把5~200 mV微弱信號以很小的失真放大到0~5 V,在經(jīng)過電壓跟隨器后信號的輸出具有良好的輸出特性。原理圖如圖2所示。表1為信號放大電路測試結(jié)果。
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