專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點微信號輸入及接口模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種用于測量閘門載荷的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點雙路微 信號輸入及接口模塊，屬于電子測控的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在水電站、水利樞紐及水庫的閘門控制過程中，閘門在升降過程時往往會出 現(xiàn)過載的異常情況，影響閘門工作安全。為此我們必須研制相應(yīng)的控制設(shè)備，用 來測量啟閉機啟閉力、對啟閉機進(jìn)行過載保護(hù)，并在過載發(fā)生時發(fā)出警告，以便 更好地管理和合理使用水資源?，F(xiàn)在普遍采用載荷限制器過載保護(hù)和警告作用。
目前，在載荷限制器的設(shè)計中，對荷重傳感器輸出信號的處理電路一般都包 含微信號的放大、A/D轉(zhuǎn)換電路以及A/D轉(zhuǎn)換器輸出和微處理器的接口三部分。 這三部分電路設(shè)計選用器件的優(yōu)劣、接口方法是否合理，決定了整個系統(tǒng)的性能， 因此這部分電路的設(shè)計是載荷限制器設(shè)計的關(guān)鍵。通常，選用2片"0P07"運算
放大器對荷重傳感器輸出的毫伏級的電壓信號進(jìn)行發(fā)大，產(chǎn)生2路大信號；用一
片模擬開關(guān)"4051"來選擇1路信號供A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，選用1片A/D轉(zhuǎn)換器 "ICL7109"將模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；微控制器通過擴展1片"8255"并行接口 器件與ICL7109連接，采集ICL7109輸出的數(shù)字量。這樣的設(shè)計存在如下不足 運算放大器"OP07"雖然價格低，但輸入阻抗低，受空氣濕度影響大，容易造成 "0P07"放大輸出信號波動，造成結(jié)果不穩(wěn)定、當(dāng)氣候變化時出現(xiàn)較大的誤差； "4051"模擬開關(guān)在接通時有100歐姆左右的電阻，將影響模擬信號的真值，引 起測量結(jié)果的誤差；微控制器擴展"8255"并行接口，不但占用微控制器本身的 1/0口，而且使設(shè)計復(fù)雜、成本增加，也降低了系統(tǒng)的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實用新型的目的在于針對已有載荷限制器信號處理及接口模塊 存在的缺陷，提出一種測量閘門載荷的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點微信號輸入及接口模 塊。
技術(shù)方案本實用新型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點微信號輸入及接口模塊采用高 阻抗運放、雙路A/D轉(zhuǎn)換和I/0口擴展I/0口的技術(shù)。采用2片高阻抗運算放大 器AD515，對傳感器輸出的小信號進(jìn)行放大；去除模擬開關(guān)，用2片A/D轉(zhuǎn)換器 ICL7109分別轉(zhuǎn)換2路模擬信號；使用嵌入式微控制器AT89S8252作為處理器， 用2片二選一數(shù)據(jù)選擇器擴展I/O 口 ，與ICL7109的輸出端連接，用5根I/O線 來進(jìn)行選通，采集A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109輸出的數(shù)字量。
運算放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、并行口擴展輸入電路、單片機電路順序串聯(lián) 連接，單片機電路的輸出端分別接并行口擴展輸入電路的輸入端和A/D轉(zhuǎn)換電路 的輸入端。運算放大電路中運算放大器"U7、 U8"模擬量的輸出端"Vo"接A/D 轉(zhuǎn)換電路中A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109"U5、 U6"的輸入端"INHI"; A/D轉(zhuǎn)換電路中A/D 轉(zhuǎn)換器ICL7109 "U5、 U6"的數(shù)字量的輸出端"B1 B12"接并行口擴展輸入電路 中數(shù)據(jù)選擇器"U3、 U4"數(shù)據(jù)選擇器74HC157的輸入端"1A 4A、 1B 4B";并 行口擴展輸入電路中數(shù)據(jù)選擇器"U3、 U4"的輸出端"1Y 4Y"接單片機電路中 微處理器89S8252 "U1"的輸入端"P04 P05"連接，微處理器89S8252 "U1" 的輸出端"P00 P02、 P13、 P14"分別接A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109 "U5、 U6"的輸入端"/CE"、并行口擴展輸入電路數(shù)據(jù)選擇器74HC157 "L'3、 U4"的輸 入端"G"和"U3"的輸入端"A/B"。
有益效果本實用新型的優(yōu)點是采用2片高阻抗運算放大器，放大器線性 好，受空氣濕度影響很小，結(jié)果穩(wěn)定、誤差??；采用雙路A/D轉(zhuǎn)換器，消除了因 采用模擬開關(guān)而造成的信號損耗，同時成倍地提高了模擬量轉(zhuǎn)換的速度；嵌入式
微控制器AT89S8252采用非總線式進(jìn)行并行I/O 口擴展，不但節(jié)約了成本，也提 高了系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計靈活、簡單；同時AT89S8252提供一個串行口，可將測
量數(shù)據(jù)通過串行口輸出。


圖l是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本實用新型的電原理圖。
圖中有單片機電路l，并行口擴展輸入電路2， A/D轉(zhuǎn)換電路3，運算放大 電路4。
具體實施方式
對照圖l，單片機電路1的輸入端接并行口擴展輸入電路2的輸出端，單片 機電路1的輸出端接并行口擴展輸入電路2的輸入端和A/D轉(zhuǎn)換電路3的輸入端； 并行口擴展輸入電路2的輸入端接A/D轉(zhuǎn)換電路3的輸出端；A/D轉(zhuǎn)換電路3的 輸入端接運算放大電路4的輸出端。
對照圖2， 2個傳感器的4根輸入數(shù)據(jù)線通過運算放大電路4中的插座Jl和 J2 (型號DB9)接入，r傳感器的正信號從插座Jl的"1"腳和"6"腳接入， 通過電阻R15(3K歐姆)連接到運算放大電路4中的運算放大器U7(型號AD515A) 的輸入端"3"腳，負(fù)信號從插座Jl的"2"腳和"7"腳接入，通過電阻R14 (3K 歐)連接到運算放大器U7的輸入端"2"腳，插座Jl的"1"腳和"7"腳之間 接上2個方向相反的二極管D2、 D3 (型號IN4001)，傳感器工作的正、負(fù)電源 分別通過插座Jl的"3"腳和"8"腳、"4"腳和"9"腳接入；運算放大器U7 的"3"腳通過電阻R13 (100 K歐姆)連接到電源的地，運算放大器U7的"2" 腳接電阻RIO (100 K歐姆)，運算放大器U7的"6"腳接電阻R12 (20 K歐姆)， 電阻R10和電阻R12的另一端與電位器W6 (2K歐姆)的"1、 2"腳連接在一起， 電位器W6的"3"腳接地；運算放大器U7的"1、 5"腳分別接電位器W3 (20 K 歐姆)的"1、 3"腳，電位器W3的"2"腳和運算放大器U7的"4"腳連接在 一起接到-5V電源上，運算放大器U7的"7"腳接+5V電源，運算放大器U7的"8"
腳到電源的地，運算放大器U7的"6"腳通過電阻R16 (100K歐姆)連接電容 C6 (0. luf)和電容C5 (10uf)再連接到A/D轉(zhuǎn)換電路3中的A/D轉(zhuǎn)換芯片U5 (型 號ICL7109)的"35"腳，電容C6和電容C5的另一端接地，對于運算放大電 路4中28傳感器的信號的接入和r傳感器的信號的接入相同，運算放大器U8 (型 號AD515A)的電路連接與運算放大器U7相同，A/D轉(zhuǎn)換芯片U6(型號ICL7109) 的"6"腳通過電阻R5 (100K歐姆)連接到A/D轉(zhuǎn)換電路3中A/D轉(zhuǎn)換芯片U6 的"35"腳；A/D轉(zhuǎn)換電路3中A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"2"腳與單片機電路1中的 單片機U1 (型號AT89S8252)的"12"腳連接，A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"36"腳 接電位器W1 (IOK歐姆)的"2"腳，A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"39、 29"腳一起接 到電位器W1的"1"腳，電位器W1的"3"腳通過電阻R1 (IOK歐姆)連接到 十5V電源上，A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"38、 37"腳接電容C1 (luf)， A/D轉(zhuǎn)換芯片 U5的"32"腳接電容C8(0. 15uf )， A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"31 "腳接電容C8(0. 33uf )， A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"30"腳接電阻R2 (IOOK歐姆)，電容C1、電容C8和電阻R2 的另一端連接在一起；A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"34、 33"腳連接在一起接地，再與 A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"35"腳接電容CIO (0. luf)， A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"23、 22" 腳連接晶體震蕩器X2 (型號3.58M)， A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"20、 19、 18"腳連 接在一起和單片機電路l中的單片機Ul的"39"腳連接，A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"24、 21、 l"腳連接在一起接地，A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"40、 27、 26、 17"腳連接到+5V 電源上，A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"28"腳連接到-5V電源上，A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的"5 8"腳分別連接到并行口擴展輸入電路2中擴展電路U4(型號74HC157)的"14、 11、 5、 2"腳，擴展輸入電路U5的"9 16"腳分別連接到并行口擴展輸入電 路2中擴展電路U3 (型號74HC157)的"13、 10、 6、 3、 14、 11、 5、 2"腳， A/D轉(zhuǎn)換芯片U6的"2"腳和單片機電路1中的單片機Ul的"13"腳連接， A/D轉(zhuǎn)換芯片U6的"20、 19、 18"腳連接在一起于單片機電路1中的單片機Ul 的"38"腳連接，A/D轉(zhuǎn)換芯片U6的其它外圍電路連接和A/D轉(zhuǎn)換芯片U5的連 接一樣；并行口擴展輸入電路2中擴展電路U3和擴展電路U4的"4、 7、 9、 12"
腳對應(yīng)連接在一起，分別與單片機U1的"35、 34、 33、 32"腳連接，擴展電路 U3的"15"腳與單片機U1的"37"腳連接，擴展電路U3的"l"腳與單片機 Ul的"5"腳連接，擴展電路U4的"15"腳與單片機U1的"4"腳連接，擴展 電路U4的"l"腳接地；單片機電路l中的復(fù)位電路由復(fù)位電路芯片U2 (型號 MAX813L)和二極管D1 (型號IN4148)組成，復(fù)位電路芯片U2輸出端的"7" 腳輸出復(fù)位信號給單片機Ul的"9"腳，單片機U1的"26"腳連接到復(fù)位電 路芯片U2的"6"腳，由電容C1、電容C2(型號22p)和晶振Xl(型號11.0592M) 組成震蕩電路，晶振X1的兩端連接到單片機U1的"18、 19"腳，電容C1、電 容C2的另一端接地；單片機電路1中還有顯示接口和串行口接口，接入顯示器 顯示測量的數(shù)據(jù)，將測量數(shù)據(jù)以串行方式輸出。
權(quán)利要求1、一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點雙路微信號輸入及接口模塊，其特征是運算放大電路(4)、A/D轉(zhuǎn)換電路(3)、并行口擴展輸入電路(2)、單片機電路(1)順序串聯(lián)連接，單片機電路(1)的輸出端分別接并行口擴展輸入電路(2)的輸入端和A/D轉(zhuǎn)換電路(3)的輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點雙路微信號輸入及接口模塊， 其特征是運算放大電路(4)中運算放大器"U7、 U8"模擬量的輸出端"Vo"接 A/D轉(zhuǎn)換電路(3)中A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109 "U5、 U6"的輸入端"麗，';A/D轉(zhuǎn)換 電路(3)中A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109 "U5、 U6"的數(shù)字量的輸出端"B1 B12"接并 行口擴展輸入電路(2)中數(shù)據(jù)選擇器"U3、 U4"數(shù)據(jù)選擇器74HC157的輸入端"1A 4A、 1B 4B";并行口擴展輸入電路(2)中數(shù)據(jù)選擇器"U3、 U4"的輸出 端"1Y 4Y"接單片機電路(1)中微處理器89S8252 "U1"的輸入端"P04 P05" 連接，微處理器89S8252 "U1"的輸出端"P00 P02、 P13、 P14"分別接A/D轉(zhuǎn) 換電路(3) A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109 "U5、 U6"的輸入端"/CE"、并行口擴展輸入中, 路(2)數(shù)據(jù)選擇器74HC157"U3、 U4"的輸入端"G"和"U3"的輸入端"A/B"。
專利摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點雙路微信號輸入及接口模塊涉及的是一種用于測量閘門載荷的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點雙路微信號輸入及接口模塊，運算放大電路(4)、A/D轉(zhuǎn)換電路(3)、并行口擴展輸入電路(2)、單片機電路(1)順序串聯(lián)連接，單片機電路(1)的輸出端分別接并行口擴展輸入電路(2)的輸入端和A/D轉(zhuǎn)換電路(3)的輸入端。該模塊放大器線性好，受空氣濕度影響很小，結(jié)果穩(wěn)定、誤差小；采用雙路A/D轉(zhuǎn)換器，消除了因采用模擬開關(guān)而造成的信號損耗，同時成倍地提高了模擬量轉(zhuǎn)換的速度；嵌入式微控制器AT89S8252采用非總線式進(jìn)行并行I/O口擴展，不但節(jié)約了成本，也提高了系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計靈活、簡單。
文檔編號G08C17/02GK201000669SQ20072003328
公開日2008年1月2日 申請日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者嚴(yán)錫君, 張偉偉, 徐立中, 李德富, 王慧斌, 俊 錢 申請人:河海大學(xué)