测控系统原理考点

1、什么时候用前置放大器：为使小信号不被噪声所淹没，在电路前端加入的电路必须是放大器，即Ko1,而且必须是低噪声，即该放大器本身的等效输入噪声必须比其后级电路的等效输入噪声低，因此，调理电路前端电路必须是低噪声前置放大器。放大器前置的原因1.使输入的小信号不被电路噪声所淹没。2.防止滤波器的噪声被放大器放大多路测量通道的串音问题：道间串音干扰的的产生主要原因是由于模拟开关的断开电阻Roff不是无穷大和多路模拟开关存在寄生电容的缘故。为减少串音干扰,可采取的措施：（1）减小Ri,前级应采用电压跟随器 （2）选用Ron极小、Roff极大的模拟开关（3）减小并联开关数N，则Vn=0信号调理：信号经转换、

2、保护、滤波、隔离措施转换成计算机能够接受的逻辑信号功率晶体管：适用于负载所需的电流不太大。达林顿管：要求的输入驱动电流很小，直接接单片机I/O口。场效应管：输入微安极电流，控制的电流却非常大。各单元电路间连接时需要考虑的问题有：1电气性能的相互匹配（a 阻抗匹配 b负载能力匹配 c 电平匹配）2 信号耦合方式3时序配合信号耦合方式:1直接耦合 2阻容耦合方式3变压器耦合方式4光电耦合方式D/A转换位数的确定: 当模拟输出需要不失真地重现模拟输入信号，则D/A位数应等于A/D位数，当模拟输出用于驱动指针式仪表，则仪表精度：当模拟输出用于控制执行机构，若执行元件的分辨力为VTH，需控制的信号的最大

3、幅度为Vmax，则： 波形监视 57位D/A模拟输出通道结构和应用特性的选择：1 数字输入特性2模拟输出特性3所存特性及转换控制4参考源步进电机正反转控制 1、开关量输入电路图开关S1闭合时，电机正转；开关S2闭合时，电机反转； 开关S1、S2断开时, 电机停转。2、开关量输出电路 直流电动机的转速控制1、转速控制的方法脉冲宽度调速（改变电源通断时间的比例） 式中 称为占空比 2、单片机脉宽调速控制电路 （1）开关量输入单刀双掷开关S7S0接P1口，输入8位二进制数N（开关接地则输入数码“0”，开关接5V则输入数码“1”），设定占空比，以确定平均转速：2）开关量输出P3.4输出“1”时，晶体管

4、开关导通，电机通电, P3.4输出“0”时，晶体管开关截止，电机断电。(单片机p0口接开关，p3.4驱动器-晶体管-电机)基于PC机的主机电路分为：内插式 外接式 组合式硬件校正方法 1 传感器调零电路 当被测非电量为零而传感器的输出不为零，可调整调零电路中的调零电位器，实现调零。 2 电桥调零电路 许多传感器都设置了专门的调零电路，为保证被测参数为零时，电桥输出也为零，通常要是设置调零电位器和调零电路。如图所示（a）（b），铂电阻和二极管测温电路中的电位器Rp1就是调零电位器，调整它可使温度为0时，电桥输出电压为零。非线性校正算法1 查表法 查表法就是将“标定”试验获得N对数据在内存中建立一

5、张输入 输出数据表，再根据AD数据X通过查这个表获得y，并将查得的y作为显示数据z。具体步骤如下： 课本P148 2插值法P149-P153线性插值（a 等距节点分段直线校正法 b 非等距节点分段直线校正法）抛物线差值3 拟合法P154P157 最小二乘法（a直线拟合 b曲线拟合） 最佳一直逼近法（a线性最佳一致逼近 b 分段线性最佳一直逼近）3 放大器输出偏移调零电路如果被测量X为零时，前级电路的输出电压Ux=Ua0，在Ux与X 成线性关系情况下，可设 Ux=Ua+XSx 式中，Ua为前级测量电路的零位输出，可以设置如图所示的电路，通过放大器端的偏移电压或偏移电流的方法来消除零位电压Ua，既

6、保证放大器输出电压Uo在X=0时为零，为此在图（a）中，必须调整Ub，使Ub=Ua；在图（b）中，必须调整Ub和R2，使UaR1=UbR2；在图（c）中，必须调整Ub使Ub=Ua； 二 标度变换可能的例题P144 用英文为【example 442】A microcomputer-based temperature measuring instrument, range is 100900, use the MCU 803l and ADC0809 to make A / D conversion, through the digital sampling and digital filteri

7、ng achieve the digital 0CDH, Calculate the corresponding temperature value?( Based instrument range is linear) Solution:ADC0809 is a 8-bit A / D converter, Maximum output number is 255, seen by the meaning of the questions, Range of the instrument is 100900, Corresponding A / D conversion figures ar

8、e 0255, Computer at a time through the digital sampling and digital filtering achieve the digital 0CDH, corresponds to the temperature value is程序在P144解三 所谓数字滤波，即通过一定的计算程序，对采集的数据进行摸中处理，从而消除或减弱干扰噪声的影响，提高测量的可靠性和精度。1数字滤波的优点节省硬件成本 b 可靠稳定 c 功能强 d 方便灵活 e 不会丢失原始数据2 常用的数字滤波算法a. 限幅滤波和中位值滤波（限幅滤波 中位值滤波）限幅滤波原理：消

9、除随机干扰，限幅滤波是一种有效的方法。方法是比较本次采样值和上一次采样值，比较差值和允许的最大偏差值，未超过有效 中位值滤波原理：是对某一被测参数连续采样n次，然后把n次采样值按大小排列，取中间值为本次采样值。中位值滤波能有效的克服偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。适用于温度 液位等缓慢变化的，不适用于流量 压力等快速变化b 平均滤波（算数平均滤波 去平均值滤波 移动平均滤波 加权平均滤波）算术平均：按照输入N个采样数据Xi(i=1n),寻找这样一个y，使y与个采样值之间的偏差的平方和最小，即算数平均值适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。去极值平均：算术平均滤波对抑制随

10、机干扰的抑制能力弱，明显的脉冲干扰会是平均值远离实际值。而中值滤波对脉冲干扰的抑制却非常有效，因而可以将两者结合起来形成去极值平均滤波。去极值平均滤波的算法是：连续采样N次，去掉一个最大值，去掉一个最小值，再求余下N-2个采样值的平均值。移动平均滤波原理：先在RAM中建立一个数据缓冲区，一顺序存放N次采样数据，然后没采进一个新数据，即将最早采集的数据去掉，最后再求出当前RAN缓冲区中的N个数据的算数平均值。这样没进行一次采样，就可以计算出一个新的平均值， 加权平均滤波原理：在算术平均滤波法，N次采样值在输出结果中的权重是平均等，即1/N。用这样的滤波算法，对于时变信号会引起滞后，N越大，之后越

11、严重。增加新参数在平均中的比重 c 低通滤波d 复合滤波，原理：在实际应用中，面临的随机干扰往往不是单一的，有时既要消除脉冲干扰，又要做数据平滑。因此，常常把前面所介绍的两种以上结合起来使用，形成复合滤波。监控系统包含内容 通常由监控主程序、初始化管理、键盘管理、显示管理、中断管理、时钟管理、自诊断、手-自动控制组成自检的几种方式 (1)开机自检：。 (2)周期性自检： (3)键盘自检：。自检内容包括ROM、RAM、总线、显示器、键盘以及测控能够电路等部件检验算法1）ROM或EPROM的检测：ROM故障的检测常用“校验和”方法，具体作法是：在将程序机器码写入ROM的时候，保留一个单元(一般是最

12、后一个单元)，此单元不写程序机器码而是写“校验字”，“校验字”应能满足ROM中所有单元的每一列都具有奇数个1。自检程序的内容是：对每一列数进行异或运算，如果ROM无故障，各列的运算结果应都为“1”，即校验和等于FFH。 2）RAM的检测：常用的方法是“异或法”，即把RAM单元的内容求反并与原码进行“异或”运算，如果结果为FFH，则表明该RAM单元读写功能正常，否则，说明该单元有故障。最后再恢复原单元内容。3）总线的自检：具体作法是使被检测的每根总线依次为1态，其余总线为0态。如果某总线停留在0态或1态，说明有故障存在。4）显示器与键盘的自检接地技术接地技术的概念：“地”是电路或系统中为各个信号

13、提供参考电位的一个等电位点或等电位面。所谓“接地”就是将某点与一个等电位点或等电位面之间用低电阻导体连接起来，构成一个基准电位。测控系统中的地线种类1信号地 模拟地 数字地 负载地 系统地 2共地（系统地接机壳且机壳接大地）和浮地 （系统地不接机壳或机壳不接大地）接地方式串联单点接地 并联单点接地 多点接地 系统地设计要求：消除各电路电流经一个公共地线阻抗时产生的噪声干扰；避免形成接地环路，引起共模干扰。屏蔽技术屏蔽的类型和原理 1）静电屏蔽：消除静电干扰，选用低电阻材料作屏蔽盒（铜，铝）屏蔽和接地良好，伸出屏蔽盒外的导线越短越好。2）电磁屏蔽：抑制高频电磁场干扰，选用低内阻的金属材料（铜，铝

14、，镀银铜板）屏蔽罩应接地。3）磁屏蔽：防止低频磁场干扰，选用导磁材料（玻膜合金）做屏蔽罩。26.共模干扰的抑制措施1隔离技术：（隔离变压器，纵向扼流圈，光电耦合器）；2浮置技术；3浮动电容切换法。纵向扼流圈：双线并绕在同一铁芯上，故 ；允许差模信号通过；阻止共模噪声通过。 软件抗干扰技术1）软件冗余技术（指令冗余技术，时间冗余技术，指令重复技术，程序卷回技术，延时避开法）；（2）软件陷阱技术；（3）“看门狗”技术（硬件“看门狗”技术，软件“看门狗”技术，软硬件结合的看门狗技术）。熟悉PID基本原理，P,I,D三个环节各有什么作用比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生

15、，调节器立即产生控制作用以减小偏差。2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度减小调节时间。抗积分饱和：由积分项引起的过积分作用，积分限幅法（超停），积分分离法（大停小开），变速积分法（大慢小快）。采样周期选择因素：1给定值得变化频率2被控对象的特性3使用的算式和执行机构的类型4控制的回路数PID参数整定方法理论计算法；工程整定法（扩充临界比例度法，扩充响应曲线法，归一参数

16、整定法）。扩充相应曲线法：1）让系统处于手动操作状态，将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来，然后突然改变给定值，给对象一个阶跃输入信号。(2)用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程曲线，左右T（3）在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间，被控对象时间常数T以及它们的比值T/。(4)由求得的、T及T/查表5-3-3，即可求得数字调节器的有关参数KP、TI、TD及采样周期T。消除积分的不灵敏区：1增加A/D转换位数，加长运算字长，可以提高运算精度2当积分项连续N次出现小于精度的情况时，不要把它当做零舍掉，而是把他们一次次累加起来。步进电机最大工作频率：在转子不失步的情况下，电动机连续工作

17、时，输入脉冲信号的最大频率最大突跳频率：在转子不失步的情况下，电动机能增加和减小的最大频率。步距差：理想的步矩角与实际的步矩角之差。输出转矩a：电动机轴上的输出转矩的大小 输出转矩与脉冲频率的函数关系称为矩频特性28.步进电机b360/ZKm 其中：Z转子齿数 m定子绕组相数 K通电系数 K=1,2步进电机转速：计算编程1 P47 48程序【例411】已知集成温度传感器AD590的输出电流温度系数为，试分析图414 AD590数字温度计电路中两电位器的作用，计算100时ICL7106差动输入电压。图414 AD590数字温度计电路 解：电位器RP1用于调整灵敏度误差，电位器RP2用于调整零位误差。调整电位器RP1，使其与电阻R1的并联电阻值正好达10k,就可使 由上式可见，t=0时，。ICL7106输入低端电压为 调整电位器RP2，使，即可使ICL7106差动输入电压为 由上式可见， ICL7106差动输入电压0时正好为0mV ，100时正好为1000mV。完成上图两路D/A的同步转换输出的8条指令：MOV DPTR,#DFFFH MOV A,#DATA1 MOVX DPTR,A MOV DPTR,#BFFFH MOV