專利名稱：五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
研究表明，有缺陷的高聚物以一定的速度拉伸時，會在裂口周圍產(chǎn)生一定的溫升，同時伴生一定強度的磁場。為了進一步研究該磁場與拉伸時產(chǎn)生的溫升之間的關系，需要在自動控制拉伸速度的同時，對試件的溫升與磁感應強度進行同步測量，并以時間同步方式保存所有的測量數(shù)據(jù):拉力、位移量、磁感應強度、溫度(圖像數(shù)據(jù))，以研究并確定它們之間的關系。在檢測磁感應強度時，需要用到5個三維磁傳感器，即共有15路信號輸出，要保障15路磁感應信號分成5組分時同步輸出，需要設計一種全新的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，該五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)簡單、能保障15路磁感應信號分成5組分時同步輸出，易于控制，易于實施。實用新型的技術(shù)解決方案如下:一種五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，包括多路選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述的多路選擇器包括3個模擬多路開關:即第一多路開關、第二多路開關和第三多路開關，模擬多路開關采用具有8路信號輸入通道和I個信號輸出通道；模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用十六位的ADS7825芯片；ADS7825芯片具有四個模擬信號輸入端:IN0，INI, IN2, IN3 ；5個磁傳感器的X信號輸出通道分別與第一多路開關的5個信號輸入通道相接:5個磁傳感器的Y信號輸出通道分別與第二多路開關的5個信號輸入通道相接；5個磁傳感器的Z信號輸出通道分別與第三多路開關的5個信號輸入通道相接；3個模擬多路開關的3個信號輸出通道分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的3個模擬信號輸入端相接；3個模擬多路開關的三個數(shù)字選擇端(即A、B、C)對應并聯(lián)，該3個模擬多路開關的三個數(shù)字選擇端分別與微處理器的三個IO端口連接。模擬多路開關采用74HC4051芯片。有益效果:本實用新型的五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，以分布在不同點位處的5個三維磁傳感器(HMC2003芯片)檢測磁場信號(共15路)作為輸入信號，采用基于74HC4051芯片的多路模擬多路開關實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分組同步切換，再采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出到單片機中，能高效完成多點位三維磁場數(shù)據(jù)的采集。其中，采用多路開關能有效簡化電路設計，且充分利用單片機的端口，而且控制方便，一次能同步采集一個磁傳感器輸出的一組三維磁場數(shù)據(jù)。[0016]本實用新型的五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制和易于實施的特點。

圖1是五點位三維磁場測量裝置的總體原理框圖；圖2是五個磁傳感器布置在PCB板上的位置示意圖；圖3是五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的原理圖；圖4是多通道采樣流程具體實施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明:實施例1:如圖3和4所示，一種五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，包括多路選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述的多路選擇器包括3個模擬多路開關:即第一多路開關、第二多路開關和第三多路開關，模擬多路開關采用具有8路信號輸入通道和I個信號輸出通道；模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用十六位的ADS7825芯片；ADS7825芯片具有四個模擬信號輸入端:ΙΝ0，INI, IN2, IN3 ；5個磁傳感器的X信號輸出通道分別與第一多路開關的5個信號輸入通道相接；5個磁傳感器的Y信號輸出通道分別與第二多路開關的5個信號輸入通道相接；5個磁傳感器的Z信號輸出通道分別與第三多路開關的5個信號輸入通道相接；3個模擬多路開關的3個信號輸出通道分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的3個模擬信號輸入端相接；3個模擬多路開關的三個數(shù)字選擇端(即A、B、C)對應并聯(lián)，該3個模擬多路開關的三個數(shù)字選擇端分別與微處理器的三個IO端口連接。模擬多路開關采用74HC4051芯片。圖1為基于板材拉伸熱致磁效應的五點位三維磁場測量裝置的總體結(jié)構(gòu)圖，在檢測區(qū)域的5個點位分別設置5個能輸出三維磁感應信號的磁傳感器；磁傳感器輸出的15路信號經(jīng)多路選擇器選擇后，每一采樣周期內(nèi)輸出一個磁傳感器的三維磁感應信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器形成數(shù)字信號送入單片機中；最后由單片機對采集的所有數(shù)據(jù)處理后上傳至上位機，完成三維磁場的測量。在所述的測量過程中，單片機通過磁滯效應消除電路產(chǎn)生正反向極化脈沖并輸出給磁傳感器，以消除在磁場測量過程中磁傳感器被磁化；測量步驟為:步驟1:依次循環(huán)完成對5個點位的磁場測量；每一個點位的磁場測量包括依次測量X、y和z方向的磁場；步驟2:當5個點位的三維磁場測量全部完成以后，就完成了一幀數(shù)據(jù)的測量，并返回步驟I進行下一次循環(huán)；每一個點位處的磁傳感器單方向的磁場測量過程為:A/D轉(zhuǎn)換開始前，單片機先輸出一個置位信號SET使傳感器獲得正向極化，接著啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行A/D轉(zhuǎn)換，為了防止隨機干擾造成A/D轉(zhuǎn)換誤差，采用100個采樣值求平均值AVG1，接著單片機輸出一個復位信號RESET使磁傳感器獲得反向極化，然后啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器再獲得100個采樣值，并求得平均值AVG2，然后將兩次獲得的平均值AVGl和AVG2再經(jīng)過平均處理得到一個數(shù)值作為一個該單方向的磁場測量值；所述的和的單方向指x、y或z方向。如圖2，所述的磁傳感器為5個，對稱設置于PCB正面的5個點位上，且其中的4個設置在PCB板的四角處，另一個設置在PCB板的中央；每一個磁傳感器具有3個信號輸出通道，分別輸出X、Y、Z三個方向的磁感應信號；磁傳感器依次通過多路選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器與單片機的輸入接口連接；多路選擇器的通道選擇端接單片機的輸出端口；磁滯效應消除電路的兩個輸入端分別接單片機的復位端和置位端(set8和reset8);復位端和置位端均為單片機的IO端口 ；磁滯效應消除電路的輸出端與磁傳感器中的脈沖極化電路相連；單片機通過所述的串口通信電路與上位機連接。74HC4051是8通道模擬多路選擇器/多路分配器，帶有3個數(shù)字選擇端(S0至S2，也即A、B、C端)，I個低有效使能端(E)，8個獨立輸入/輸出端(Y0至Y7)和I個公共輸入/輸出端(Z)。E為低時，8個開關的其中之一將被SO至S2選中(低阻態(tài))。E為高時，所有開關都進入高阻態(tài)，直接無視SO至S2。串口通信電路采用專用通信器件MAX232，單片機采用STC89C54RD芯片。五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由五點傳感器測量板和多路數(shù)據(jù)采集板兩部分層疊而成，五點傳感器測量板傳感器布置如圖2所示，采用這種布置方案是根據(jù)PVC板材在拉伸過程中最大熱致磁場產(chǎn)生的位置確定的。即五個三維傳感器布置在聚合物板材在拉伸過程中最有可能出現(xiàn)磁場強度最大的位置；五點三維傳感器電原理框圖如圖1所示。圖中HMC2003(l-5)是由5個HMC2003組成的五點三維微弱磁場傳感器組，這是整個傳感器的核心單元，其排列方式如圖2所示；多路選擇器由三個74HC4051模擬多路開關組成，三個74HC4051模擬多路開關分別選通5個HMC2003的X，Y，Z三維輸出信號，進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的三個輸入端IN0，IN1，IN2，三個74HC4051模擬多路開關的選擇控制端A，B，C是并聯(lián)的，其選擇控制由單片機執(zhí)行，單片機采用STC89C54RD+八位單片機，改變A，B, C的狀態(tài)，可以實現(xiàn)任意一個傳感器X，Y，Z信號的同時切換，即每一個傳感器X，Y，Z輸出信號是同時到達模數(shù)轉(zhuǎn)換器的，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是ADS7825十六位A/D轉(zhuǎn)換器，有四個輸入端INO，INl，IN2，IN3，只要分時選通四個通道，就可以實現(xiàn)輸入模擬量的轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)選用INO，INI, IN2三個輸入端分別作為X，Y，Z三維微弱磁場的信號輸入端。數(shù)據(jù)采集部分說明本設計主要完成傳感器及外圍電路設計，但傳感器檢驗必須有外圍電路的配合，而外圍電路的控制由單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)，為了說明單片機對傳感器的控制原理和工作時序，現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集與控制部分進行簡要介紹，使設計的思路更加清晰明了。本設計中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個以單片機為核心的集控制、A/D轉(zhuǎn)換和通信的小系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量，而A/D是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，他需要考慮的指標有:分辨率、轉(zhuǎn)換時間、轉(zhuǎn)換誤差等等。而單片機是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏輯控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿铡Ｔ谠撓到y(tǒng)中我們采用89C52系列的單片機。。該數(shù)據(jù)采集電路圖包括以下三個部分。A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器在本設計中選用ADS7825作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADS7825是美國B-B公司生產(chǎn)的4通道，16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它由單-5V電源供電，數(shù)據(jù)采樣及轉(zhuǎn)換時間不超過25 μ s，可輸入-1OV IOV的模擬電壓。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)可并行輸出，也可串行輸出，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模式還可設置為4通道間連續(xù)循環(huán)轉(zhuǎn)換，使用極其方便。使用ADS7825芯片時，將.石置0，然后給R/乙腳加一下降沿即可以啟動AD轉(zhuǎn)換。此時，瓦^腳的輸出保持低電平，直至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢且內(nèi)部輸出寄存器的內(nèi)容被更新。在此期間，ADS7825不再響應新的轉(zhuǎn)換命令。必須注意，在瓦運？腳輸出為高電平前，R/C必須置為高電平，否則會導致數(shù)據(jù)尚未讀完，新的轉(zhuǎn)換就已開始，從而使數(shù)據(jù)丟失。由于ADS7825轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)即可并行輸出，也可串行輸出，所以數(shù)據(jù)的讀取也須分并行和串行兩種方式來討論。本設計中是將PAR/—置為高電平，選用并行輸出方式，所以在數(shù)據(jù)讀取時將石腳置低電平，即選中ADS7825芯片后，給R/忑腳輸入一負脈沖，啟動AD轉(zhuǎn)換。ad轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)鎖存時間為25μ S。檢測IiIiF腳的輸出電平可以判斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當狀態(tài)標志位5L r=0時，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換仍在進行，此時不可讀取數(shù)據(jù)。5L r=l時，表明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換已結(jié)束且數(shù)據(jù)已進入輸出寄存器，此時方可讀取數(shù)據(jù)。令并行數(shù)據(jù)輸出選擇位BYTE=0，即可讀出高8位數(shù)據(jù)，BYTE = 1，讀出低8位數(shù)據(jù)。模擬信號分別從INO、INK IN2引腳輸入，由ADRO、ADRl和CONTC引腳確認轉(zhuǎn)換的方式和地址，當CONTC = I時，選擇連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，當石、和PWRD端均為低電平時，AD轉(zhuǎn)換和讀數(shù)將在INO ·IN3四個通道間連續(xù)循環(huán)進行。當在本次轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)為高電平后，AO和Al腳將輸出下次采樣所用的通道地址，究竟從哪個輸入通道開始進行循環(huán)轉(zhuǎn)換，取決于CONTC置為高電平之前，AO和Al腳的輸入值。AO和Al腳的輸出和被采樣通道之間的關系如表5.1.1所列。CONTC置為低電平時，采用間歇轉(zhuǎn)換模式。AO和Al腳作為輸入端，其輸入值和采樣通道關系如表5.1.2所列本設計中，ADR0、ADR1、C0NTC、M^引腳都是由單片機輸出信號控制，所以它的轉(zhuǎn)換方式應該也是由單片機來控制。表5.1.1連續(xù)轉(zhuǎn)換時的通道選擇
權(quán)利要求1.一種五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括多路選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述的多路選擇器包括3個模擬多路開關:即第一多路開關、第二多路開關和第三多路開關，模擬多路開關采用具有8路信號輸入通道和I個信號輸出通道；模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用十六位的ADS7825芯片；ADS7825芯片具有四個模擬信號輸入端:INO，INI,IN2, IN3 ； 5個磁傳感器的X信號輸出通道分別與第一多路開關的5個信號輸入通道相接； 5個磁傳感器的Y信號輸出通道分別與第二多路開關的5個信號輸入通道相接； 5個磁傳感器的Z信號輸出 通道分別與第三多路開關的5個信號輸入通道相接； 3個模擬多路開關的3個信號輸出通道分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的3個模擬信號輸入端相接； 3個模擬多路開關的三個數(shù)字選擇端對應并聯(lián)，該3個模擬多路開關的三個數(shù)字選擇端分別與微處理器的三個IO端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，模擬多路開關采用74HC4051芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，包括多路選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述的多路選擇器包括3個多路開關即第一多路開關、第二多路開關和第三多路開關，模擬多路開關采用具有8路信號輸入通道和1個信號輸出通道；模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用十六位的ADS7825芯片。該五點位三維磁場測量裝置的多路選擇及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)簡單、能保障15路磁感應信號分成5組分時同步輸出，易于控制，易于實施。
文檔編號G01R33/02GK203164398SQ20132019129
公開日2013年8月28日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者粟慧, 張永忠, 馬振燕, 任嘉, 羅迎社, 陳勝銘 申請人:中南林業(yè)科技大學