本发明涉及一种利用测量电阻值进行数据测量、采样及远距离串行传送的方法,尤其涉及到一种串行输出电阻法脉宽测量方法。 为了测量、采集大量的温度、湿度、压力、亮度等生产过程中的各种参数,经常把这些非电量通过半导体元件转换为电阻值的变化,然后通过测量电阻值计算出非电参数。通常,为了测量电阻值则把电阻转换为电压或电流信号,再经A/D转换为数字量送给计算机处理或进行显示。也可用将电阻值转换成脉冲信号的方法来进行测量。这些方法和目前公知的的测量装置均不同程度地受外界条件(温度、电源电压、线路元器件参数等)的制约,造成测量精度不高,同时,当测量点增多时,测量设备也要相应增加,传送线路复杂,干扰增加,使运行可靠性下降。
为了提高测量线路的抗干扰性,美国专利4513403提出了一种“脉冲遥测的数据编码和同步化”的方法及线路,其输出波形如图1所示。由图1可知,该方法是将测量的数据放在同步化脉冲和间隔中来传送的,形成数据编码脉冲列,同时在所传送的数据中加入冗余脉冲,来提高数据传送时的抗干扰能力。该方法具有从传送线路自身产生的噪声中辨认数据信号的优点,但没有解决提高数据测量精度的问题,也没有解决在测量和传送数据时,线路外因(如温度、电源电压波动等)干扰造成误差的问题,同时,应用该方法制成的装置线路环节较多,成本较高。
本发明的任务是提供一种串行输出电阻法脉宽测量方法,以提高数据测量精度和解决数据传输过程中的抗干扰问题。
本发明的解决方案如下:图2为本发明的输出波形图,图3为本发明的原理线路图。由图3所示,用摸拟多路开关顺序切换被测电阻,使其与RC振荡电路中电容C1的充电电阻RF叠加,这时振荡器输出一个宽度对应被测电阻地脉冲,而该脉冲的后沿使计数器计数,计数器的输出做为摸拟多路开关的选通信号,重复上述过程,则振荡器输出一串宽度与各被测电阻对应的脉冲列。在摸拟多路开关的输入端除按有被测电阻外,还固定接入一个标准阻值的精密电阻和一个零电阻,在输出脉冲列中分别对应一个相应宽度的脉冲,当电源电压波动或电路参数变化时,精密电阻对应的脉冲宽度也将变化,这就给数据计算提供了参照值,消除了外界干扰因素对数据测量精度的影响,对于线路本身的附加电阻变化,则通过零电阻在输出脉冲列中的对应脉冲宽度来检测,并在后面介绍的计算方法中被减去,从而消除了线路自身的干扰对数据测量精度的影响,由此提高了数据测量的精度。如图2所示,为保证输出脉冲列的循环发送,在被测电阻对应的脉冲列中设有一个标志脉冲,表明一个数据组测量结束,开始下一循环过程,由振荡器输出的数据脉冲列,将送到计算机中以公式RX= ((WX-WL)·RJ)/(WJ-WL) 计算,式中RJ为精密电阻值;Rx为被测电阻值;WL为零电阻在脉冲列中对应的脉冲宽度;WJ为精密电阻在脉冲列中对应的脉冲宽度;WX为被测电阻在脉冲列中对应的脉冲宽度。则得到被测电阻的精确值,完成数据测量的任务。
采用本发明所述方法设计的电路如图3所示,该电路仅由几块市售集成电路即可完成,电路简单,成本低廉,不仅提高了抗干扰能力和测量精度,而且便于推广应用。
图3表示了本发明的一个实施例,它由模拟多路开关(1),译码器(2),计数器(3),延时电路(5)、(6),时基电路(4)与放电电阻RF和电容C1构成的振荡器,被测量电阻(7),精密电阻RJ,零电阻RO组成。当电路接通电源后,计数器(3)的输出信号经译码器(2)送至模拟多路开关(1)的输入端,使工作电源由电源Vcc2经限流电阻RH,被测量电阻(7),模拟多路开关(1)的公共输出端的电阻RF,对电容C1充电,使由时基电路(4)组成的振荡电路输出一个对应被测量电阻(7)的脉冲,庐脉冲即可输入计算机进行数据处理,该脉冲的后沿回送给计数器(3),使计数器(3)输出加“1”,模拟多路开关(1)切换到下一个测量通道,依次循环,电容C1充电到规定值后开始放电,其放电时间长短就决定了脉冲间隔。
当被测电阻(7)未接入电路时,即被测电阻值无穷大时,电容C1充电时间很长,此时延时电路(5)按照预先整定的时间动作,替代原来的充电回路,使时基电路(4)输出一个固定宽度的脉冲W∞。
当所有被测电阻全部循环测量后,计数器(3)进位,其输出封锁延时电路(5),这样因没有被测通道接通,电容C1充电时间很长,则延时电路(6)按预先整定的时间动作,其输出使计数器(3)清“0”,表明一个循环结束,开始下一次循环,此时,时基电路(4)输出下一个标志脉冲WH,其宽度大于W∞,一般在调整电路时,使WH>1.3W∞即可。
为了提高测量精度和电路的抗干扰性,将一个精密电阻RJ与一个短路零电阻RO和被测量电阻(7)一起接入模拟多路开关的输入端,这样当一个完整的测量过程结束后,就可得到如图2所示的输出数据脉冲列的波形图。
当数据测量完成后,则可根据公式RX= (WX′·RJ)/(W′J) 在计算机中计算出各被测电阻值,式中:WL为零电阻在脉冲列中的对应宽度;RJ为精密电阻值;W'X=WX-WL为被测电阻值在脉冲列中的对应脉冲宽度;W'J=WJ-WL为精度电阻值在脉冲列中的对应脉冲宽度。
采用本发明所述方法的数据测量及所用的设备,具有如下优点和积极效果:
1、测量列的数据脉冲列为自动循环串行发送,不需另加选址及启动信号,远距离传送只须两根信号线,成本大大降低。
2、提供了测量参照值,并用零电阻的方式消除了测量与传送线路附加电阻干扰的影响,使测量精度及抗干扰性增加。
3、提供了简单易行的许方法,即RX= ((WX-WL)·RJ)/(WJ-WL) 。
4、由于本发明的电路仅由几块市售集成电路联接构成,更便于生产过程中推广应用,经济效益可观。