[实用新型]无线传感器网络节点微信号输入及接口模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种用于测量闸门载荷的无线传感器网络节点双路微信号输入及接口模块，属于电子测控的技术领域。

背景技术

在水电站、水利枢纽及水库的闸门控制过程中，闸门在升降过程时往往会出现过载的异常情况，影响闸门工作安全。为此我们必须研制相应的控制设备，用来测量启闭机启闭力、对启闭机进行过载保护，并在过载发生时发出警告，以便更好地管理和合理使用水资源。现在普遍采用载荷限制器过载保护和警告作用。

目前，在载荷限制器的设计中，对荷重传感器输出信号的处理电路一般都包含微信号的放大、A/D转换电路以及A/D转换器输出和微处理器的接口三部分。这三部分电路设计选用器件的优劣、接口方法是否合理，决定了整个系统的性能，因此这部分电路的设计是载荷限制器设计的关键。通常，选用2片“OP07”运算放大器对荷重传感器输出的毫伏级的电压信号进行发大，产生2路大信号；用一片模拟开关“4051”来选择1路信号供A/D转换器转换，选用1片A/D转换器“ICL7109”将模拟转换成数字信号；微控制器通过扩展1片“8255”并行接口器件与ICL7109连接，采集ICL7109输出的数字量。这样的设计存在如下不足：运算放大器“OP07”虽然价格低，但输入阻抗低，受空气湿度影响大，容易造成“OP07”放大输出信号波动，造成结果不稳定、当气候变化时出现较大的误差；“4051”模拟开关在接通时有100欧姆左右的电阻，将影响模拟信号的真值，引起测量结果的误差；微控制器扩展“8255”并行接口，不但占用微控制器本身的I/O口，而且使设计复杂、成本增加，也降低了系统的可靠性。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的在于针对已有载荷限制器信号处理及接口模块存在的缺陷，提出一种测量闸门载荷的无线传感器网络节点微信号输入及接口模块。

技术方案：本实用新型的无线传感器网络节点微信号输入及接口模块采用高阻抗运放、双路A/D转换和I/O口扩展I/O口的技术。采用2片高阻抗运算放大器AD515，对传感器输出的小信号进行放大；去除模拟开关，用2片A/D转换器ICL7109分别转换2路模拟信号；使用嵌入式微控制器AT89S8252作为处理器，用2片二选一数据选择器扩展I/O口，与ICL7109的输出端连接，用5根I/O线来进行选通，采集A/D转换器ICL7109输出的数字量。

运算放大电路、A/D转换电路、并行口扩展输入电路、单片机电路顺序串联连接，单片机电路的输出端分别接并行口扩展输入电路的输入端和A/D转换电路的输入端。运算放大电路中运算放大器“U7、U8”模拟量的输出端“Vo”接A/D转换电路中A/D转换器ICL7109“U5、U6”的输入端“INHI”；A/D转换电路中A/D转换器ICL7109“U5、U6”的数字量的输出端“B1～B12”接并行口扩展输入电路中数据选择器“U3、U4”数据选择器74HC157的输入端“1A～4A、1B～4B”；并行口扩展输入电路中数据选择器“U3、U4”的输出端“1Y～4Y”接单片机电路中微处理器89S8252“U1”的输入端“P04～P05”连接，微处理器89S8252 “U1”的输出端“P00～P02、P13、P14”分别接A/D转换电路A/D转换器ICL7109“U5、U6”的输入端“/CE”、并行口扩展输入电路数据选择器74HC157“U3、U4”的输入端“G”和“U3”的输入端“A/B”。

有益效果：本实用新型的优点是：采用2片高阻抗运算放大器，放大器线性好，受空气湿度影响很小，结果稳定、误差小；采用双路A/D转换器，消除了因采用模拟开关而造成的信号损耗，同时成倍地提高了模拟量转换的速度；嵌入式微控制器AT89S8252采用非总线式进行并行I/O口扩展，不但节约了成本，也提高了系统的可靠性，设计灵活、简单；同时AT89S8252提供一个串行口，可将测量数据通过串行口输出。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型的电原理图。

图中有：单片机电路1，并行口扩展输入电路2，A/D转换电路3，运算放大电路4。

具体实施方式

对照图1，单片机电路1的输入端接并行口扩展输入电路2的输出端，单片机电路1的输出端接并行口扩展输入电路2的输入端和A/D转换电路3的输入端；并行口扩展输入电路2的输入端接A/D转换电路3的输出端；A/D转换电路3的输入端接运算放大电路4的输出端。

对照图2，2个传感器的4根输入数据线通过运算放大电路4中的插座J1和J2(型号：DB9)接入，1#传感器的正信号从插座J1的“1”脚和“6”脚接入，通过电阻R15(3K欧姆)连接到运算放大电路4中的运算放大器U7(型号：AD515A)的输入端“3”脚，负信号从插座J1的“2”脚和“7”脚接入，通过电阻R14(3K欧)连接到运算放大器U7的输入端“2”脚，插座J1的“1”脚和“7”脚之间接上2个方向相反的二极管D2、D3(型号：IN4001)，传感器工作的正、负电源分别通过插座J1的“3”脚和“8”脚、“4”脚和“9”脚接入；运算放大器U7的“3”脚通过电阻R13(100K欧姆)连接到电源的地，运算放大器U7的“2”脚接电阻R10(100K欧姆)，运算放大器U7的“6”脚接电阻R12(20K欧姆)，电阻R10和电阻R12的另一端与电位器W6(2K欧姆)的“1、2”脚连接在一起，电位器W6的“3”脚接地；运算放大器U7的“1、5”脚分别接电位器W3(20K欧姆)的“1、3”脚，电位器W3的“2”脚和运算放大器U7的“4”脚连接在一起接到-5V电源上，运算放大器U7的“7”脚接+5V电源，运算放大器U7的“8”脚到电源的地，运算放大器U7的“6”脚通过电阻R16(100K欧姆)连接电容C6(0.1uf)和电容C5(10uf)再连接到A/D转换电路3中的A/D转换芯片U5(型号：ICL7109)的“35”脚，电容C6和电容C5的另一端接地，对于运算放大电路4中2#传感器的信号的接入和1#传感器的信号的接入相同，运算放大器U8(型号：AD515A)的电路连接与运算放大器U7相同，A/D转换芯片U6(型号：ICL7109)的“6”脚通过电阻R5(100K欧姆)连接到A/D转换电路3中A/D转换芯片U6的“35”脚；A/D转换电路3中A/D转换芯片U5的“2”脚与单片机电路1中的单片机U1(型号：AT89S8252)的“12”脚连接，A/D转换芯片U5的“36”脚接电位器W1(10K欧姆)的“2”脚，A/D转换芯片U5的“39、29”脚一起接到电位器W1的“1”脚，电位器W1的“3”脚通过电阻R1(10K欧姆)连接到+5V电源上，A/D转换芯片U5的“38、37”脚接电容C1(1uf)，A/D转换芯片U5的“32”脚接电容C8(0.15uf)，A/D转换芯片U5的“31”脚接电容C8(0.33uf)，A/D转换芯片U5的“30”脚接电阻R2(100K欧姆)，电容C1、电容C8和电阻R2的另一端连接在一起；A/D转换芯片U5的“34、33”脚连接在一起接地，再与A/D转换芯片U5的“35”脚接电容C10(0.1uf)，A/D转换芯片U5的“23、22”脚连接晶体震荡器X2(型号：3.58M)，A/D转换芯片U5的“20、19、18”脚连接在一起和单片机电路1中的单片机U1的“39”脚连接，A/D转换芯片U5的“24、21、1”脚连接在一起接地，A/D转换芯片U5的“40、27、26、17”脚连接到+5V电源上，A/D转换芯片U5的“28”脚连接到-5V电源上，A/D转换芯片U5的“5～8”脚分别连接到并行口扩展输入电路2中扩展电路U4(型号：74HC157)的“14、11、5、2”脚，扩展输入电路U5的“9～16”脚分别连接到并行口扩展输入电路2中扩展电路U3(型号：74HC157)的“13、10、6、3、14、11、5、2”脚，A/D转换芯片U6的“2”脚和单片机电路1中的单片机U1的“13”脚连接，A/D转换芯片U6的“20、19、18”脚连接在一起于单片机电路1中的单片机U1的“38”脚连接，A/D转换芯片U6的其它外围电路连接和A/D转换芯片U5的连接一样；并行口扩展输入电路2中扩展电路U3和扩展电路U4的“4、7、9、12”脚对应连接在一起，分别与单片机U1的“35、34、33、32”脚连接，扩展电路U3的“15”脚与单片机U1的“37”脚连接，扩展电路U3的“1”脚与单片机U1的“5”脚连接，扩展电路U4的“15”脚与单片机U1的“4”脚连接，扩展电路U4的“1”脚接地；单片机电路1中的复位电路由复位电路芯片U2(型号：MAX813L)和二极管D1(型号：IN4148)组成，复位电路芯片U2输出端的“7”脚输出复位信号给单片机U1的“9”脚，单片机U1的“26”脚连接到复位电路芯片U2的“6”脚，由电容C1、电容C2(型号：22p)和晶振X1(型号：11.0592M)组成震荡电路，晶振X1的两端连接到单片机U1的“18、19”脚，电容C1、电容C2的另一端接地；单片机电路1中还有显示接口和串行口接口，接入显示器显示测量的数据，将测量数据以串行方式输出。