第11章 微机检测系统

1、LOGO第十一章第十一章 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院机电系广州铁路职业技术学院机电系 制作制作广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作第十一章第十一章 微机检测系统微机检测系统 本章内容包括一个项目和二个拓展实训，通本章内容包括一个项目和二个拓展实训，通过项目和据展实训掌握微机检测系统的组成和操过项目和据展实训掌握微机检测系统的组成和操作。以应变片测应力数据采集过程为例，认识计作。以应变片测应力数据采集过程为例，认识计算机检测系统的组成，了解目前较先进的检测方算机检测系统的组成，了解目前较先进的检测方法和检测手段。法和检测手段。 拓展实训以动平衡检测和温

2、度检测为例，说拓展实训以动平衡检测和温度检测为例，说明虚拟仪器的概念，增强对微机检测的认识。明虚拟仪器的概念，增强对微机检测的认识。广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目一项目一 自动检测技术认识自动检测技术认识广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统1. 项目目的 熟悉应变片测应力实验的实验数据采集过程，如何实现计算机处理实验数据。通过此项目熟悉数据采集系统在静态实验中的应用。2. 项目条件 CSY-YS-01传感器系统实验箱或带数据采集卡和接口的传感器实验台（含有实验箱主板中的F/V表、4V电源、1

3、.212V可调电源、PC接口、箔式应变片输出接口、电桥、差动放大器、砝码）;应变梁、振动台；RS232连线及计算机。3. 项目内容及要求 熟悉应变片测应力实验的数据采集过程，要求完成数据采集卡对模拟量进行采集并与计算机通讯，再用计算机对实验数据进行分析处理。一一. 项目介绍项目介绍广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作微机检测技术的应用 一个现代化火力发电厂需要多台计算机来快速地测量锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的温度、压力、流量、转速、振动、位移、应力、燃烧状况等热工、机械参数，还必须测量发电机的电压、电流、功率、功率因数以及各种辅机的运行状态，然后进行综合处理，

4、将各被监测的重要参数进行数字或模拟显示，自动调整运行工况，对某些超限参数进行声光报警或采取紧急措施。在上述这个系统中，需要数百个不同的传感器将各种机械、热工量转换成电量，供计算机采样和运算。 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作现代化火力发电厂及其控制系统火力发电厂控制室火力发电厂机组火力发电厂机组汽轮机汽轮机发电机发电机励磁机励磁机广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作第一节 现代检测系统的基本结构 现代检测系统可分为三种基本结构体系： 1.智能仪器 2.个人仪器 3.自动测试系统 1.1.智能仪器：

5、智能仪器：将诸如微处理器、存储器、接将诸如微处理器、存储器、接口等芯片与传感器融合在一起，可组成智能仪器。口等芯片与传感器融合在一起，可组成智能仪器。它有专用的小键盘、开关、按键及显示屏等，多使它有专用的小键盘、开关、按键及显示屏等，多使用汇编语言，体积小，专用性强用汇编语言，体积小，专用性强。 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作智能仪器的芯片及模块 51系列单片机芯片系列单片机芯片 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作各种智能仪器 最低、最高温度最低、最高

6、温度 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作2.个人仪器 个人仪器又称个人计算机仪器系统。它是以个人仪器又称个人计算机仪器系统。它是以个人计算机（必须符合工控要求）配以适当的硬个人计算机（必须符合工控要求）配以适当的硬件电路与传感器组合而成的检测系统。件电路与传感器组合而成的检测系统。 组装个人仪器时，将传感器信号传送到组装个人仪器时，将传感器信号传送到相应的接口板（或接口盒）中，再将接口板相应的接口板（或接口盒）中，再将接口板插到工控机总线扩展槽中或将接口盒的插到工控机总线扩展槽中或将接口盒的USB插头插入计算机相应的插座上，

7、编写相应的插头插入计算机相应的插座上，编写相应的软件就可以完成自动检测功能。软件就可以完成自动检测功能。 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作一体化工作站 平板式平板式工作站工作站（带触摸屏）（带触摸屏）军用便携式军用便携式工作站工作站 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作一体化工作站（续） 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作工业计算机（工控机）机箱 工控机的抗电磁干扰能力、防振、防潮、防尘

8、能力均较强，工控机的抗电磁干扰能力、防振、防潮、防尘能力均较强，有较多的扩展槽，它的电源系统有较好的抗电磁干扰能力。虽然有较多的扩展槽，它的电源系统有较好的抗电磁干扰能力。虽然工控机的价格比个人电脑贵，但可靠性强得多，性能价格比高，工控机的价格比个人电脑贵，但可靠性强得多，性能价格比高，适合在工业现场条件较恶劣的场合使用。适合在工业现场条件较恶劣的场合使用。 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作工业级底板（参考研祥智能科技有限公司资料）底板上的扩展槽用于底板上的扩展槽用于 插接各种数据采集卡插接各种数据采集卡PCI扩展槽扩展槽

9、ISA扩展槽扩展槽广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作ISA数据采集卡数据采集卡 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作PCI数据采集数据采集传输卡传输卡 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作ISA槽与PCI槽的外形区别ISA槽槽PCI槽槽将功能卡插到将功能卡插到ISA槽中槽中功能卡的镀金脚功能卡的镀金脚广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作端子板与功能卡的连接 端子板作为功能卡的扩展附件，用于连端子板作为功能卡

10、的扩展附件，用于连接传感器信号接传感器信号光耦光耦25芯排线芯排线数据锁存器数据锁存器去计算机去计算机ISA槽槽传感器信号线接线端子传感器信号线接线端子 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作端子板与功能卡的连接37芯排线芯排线端子板端子板PCI数据采集、数据采集、控制卡控制卡传感器信号线接线端子传感器信号线接线端子输出信号接线端子输出信号接线端子去计算机去计算机PCI槽槽 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作其他端子扩展板 34芯排线插座芯排线插座37芯排线插

11、座芯排线插座 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作数据采集便携式工控整机 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作笔记本电脑数据采集整机 信号从信号从USB USB 插口输入插口输入广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作 笔记本电脑数据采集整机 USB接口盒接口盒及接口线及接口线 利用利用USB扩展插头可配接多个扩展插头可配接多个接口盒接口盒信号输入信号输入 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院

12、 刘丽华制作刘丽华制作USB接口卡及USB线 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作嵌入式计算机数据采集系统 传感器信号采集卡可多层叠合，插入到嵌入式计算机的总线接口中，就可以构成数据采集系统。 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作各种嵌入式计算机数据采集卡 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作自动测试系统 自动测试系统是以工控机为核心，以标准接口总线为基础，以可程控的多台智能仪器为下位机组合而

13、成的一种现代检测系统。一个自动测试系统还可以通过各种标准总线成为其它级别更高的自动测试系统的子系统。许多自动测试系统还可以作为服务器工作站加入到Internet网络中，成为网络化测试子系统，从而实现远程监测、远程控制、远程实时调试等。 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作网络化仪表示意图工业总线 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作网络化仪表工业总线 局域网局域网 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘

14、丽华制作 钢厂自动化监控系统实例广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作 粮食温湿度测控系统实例上位机（内插上位机（内插CANCAN通信卡）通信卡）温度分线器温度分线器CANCAN总线总线通风机械通风机械测湿探头测湿探头测温电缆测温电缆智能分机智能分机通风控制器通风控制器湿度分线器湿度分线器广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作二、计算机检测系统组成 项目十一项目十一 微机检测系统微机检测系统 数据采集系统一般是以计算机为中心，由前向数据采集系统一般是以计算机为中心，由前向输入通道输入通道(模拟或数字输入通道模拟或数字输入通道)、后向输出通道、后向

15、输出通道(模拟或数字控制通道模拟或数字控制通道)、人机交互设备及输出设、人机交互设备及输出设备等组成。人机交互设备主要有与计算机相接的备等组成。人机交互设备主要有与计算机相接的键盘、显示器等。键盘、显示器等。 广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统1、前向输入通道、前向输入通道广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统2、后向输出通道、后向输出通道每通道有独立的每通道有独立的D/A结构结构 多通道共享多通道共享D/A通道通道广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术

16、学院 刘丽华制作刘丽华制作三、系统中的几种重要部件 1.采样开关 (1)干簧继电器：干簧继电器主要由驱动线圈和干簧管组成，驱动线圈绕在干簧管外面。当线圈通以额定电流后，干簧管中的两根常开弹簧片互相吸引而吸合。它的耐压较高，额定电流较大，导通电阻接近零，驱动功率约几十毫瓦。耗电较大、速度较慢是干簧继电器的主要缺点。 干簧管干簧管项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作 (2) CMOS模拟采样开关 CMOS模拟采样开关是一种传输模拟信号的可控半导体开关。它的控制端处于“有效”状态时，内部的P沟道MOS管或N沟道MOS管导通，模拟

17、开关处于导通状态，导通电阻约几欧至几百欧（视型号而定）。当控制端处于“无效”状态时开关截止，截止电阻大于108。 CMOS模拟开关的优点是集成度高，动作快（小于1s）、耗电省等。缺点是有一定的导通电阻、各通道间有一定的漏电、击穿电压低、易损坏等。 广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作2.放大器 从传感器来的信号有许多是毫伏级的弱信号，须经放大才能进行A/D转换。系统对放大器的主要要求是：精度高、温度漂移小、共模抑制比高、频带宽至直流。 目前常用的放大器有以下几种型式：一种是高精度、低漂移的双极型放大器；另一种为隔离放大器，它带有光电隔离或变压器隔离的低漂移信号放大器，

18、以及一个高隔离的DC/DC电源。项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作精密隔离精密隔离放大器举例放大器举例 线性误差：小于线性误差：小于0.01%输入阻抗：输入阻抗：1M 隔离度：隔离度：2500V/50Hz/1min 工作温度：工作温度：-10+60项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作3.A/D转换器转换器（ADC） 放大器放大后的模拟信号必须进行放大器放大后的模拟信号必须进行A/D转换才转换才能由计算机进行运算处理。目前采用较多的能由计算机进行运算处

19、理。目前采用较多的A/D转转换器有两大类：一类是并行换器有两大类：一类是并行A/D转换器，另一类是转换器，另一类是串行串行A/D转换器。转换器。 在并行在并行A/D转换器中，又有逐位比较型和双积转换器中，又有逐位比较型和双积分型之分。前者转换速度较快，有分型之分。前者转换速度较快，有8位、位、12位、位、16位等规格。位数越高，精度也越高，但价格也相应位等规格。位数越高，精度也越高，但价格也相应提高；后者转换速度较慢（每秒提高；后者转换速度较慢（每秒10次左右），但价次左右），但价格便宜。常见的有格便宜。常见的有3位半、位半、4位半等规格。位半等规格。 项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检

20、测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作A/D转换器转换器的的光耦接口电路光耦接口电路 项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作4. D/A转换器转换器（DAC）与接口电路与接口电路 计算机运算处理后的数字信号有时必须转换为模拟信号，才能用于工业生产的过程控制。它的输入是计算机送出的数字量，它的输出是与数字量相对应的电压或电流。如果在计算机与D/A之间插入多路光耦合器就能较好地防止工业控制设备干扰计算机的工作。如果使用多路采样保持器，只要使用一只D/A即可进行多路D/A转换。 项目十一项目十一 计算

21、机检测系统计算机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作 D/A转换器转换器的的光耦接口电路光耦接口电路 420mA项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作四、可编程序控制器中的传感器接口板四、可编程序控制器中的传感器接口板 传感器与PLC的联系主要是输入接口。不同的“I/O模板”与各种不同的传感器配套： 模拟量输入模板、开关量输入模板、计时/计数模板、中断控制模板、 温度输入控制模板等。用户不必自行设计接口电路，只要按照说明书选购不同功能的模板即可构成完整的自动检测控制系统。 三菱系列三菱系列

22、可编程控制器可编程控制器项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作可编程序控制器中的光耦接口电路分析可编程序控制器中的光耦接口电路分析 PLC的开关量输入电路1现场开关盒 2传输线 3电源 4光耦合器 当现场开关当现场开关S（例如行程开关）闭合时，反相器（例如行程开关）闭合时，反相器IC2的输出是高电平还是低电平？的输出是高电平还是低电平？LED亮还是暗？（请说出亮还是暗？（请说出分析过程）分析过程）。项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作四、虚拟仪器四、虚拟

23、仪器 用软件实现传统仪器数据采集、存储、用软件实现传统仪器数据采集、存储、分析、显示的功能。虚拟仪器没有通常概分析、显示的功能。虚拟仪器没有通常概念上的面板，也没有控制按钮，用念上的面板，也没有控制按钮，用PC的键的键盘、鼠标、屏幕和软件替代。盘、鼠标、屏幕和软件替代。项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作机虚拟仪器软件工作平台现场总线设备仪器/仪器串口仪/接口卡接口仪器数据采集卡信号调理传感器测试对象项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统 虚拟仪器组成虚拟仪器组成广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作

24、刘丽华制作项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统1、数据采集卡2、输入输出接口软件3、仪器驱动软件4、应用软件：Visual Basic、Visual C+、C+ Builder等软件。另一种是专业测控软件，最常用的是LabVIEW软件。 广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统 虚拟仪器应用软件虚拟仪器应用软件LABVIEW制作的虚拟仪制作的虚拟仪器前面板器前面板广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目一项目一 认识自动检测系统认识自动检测系统11.3 项目实施过程项目实施过程11.3.1

25、项目计划项目计划 本项目在实施过程中，以小组为单位，进行数本项目在实施过程中，以小组为单位，进行数据采集实验，并记录实验结果。据采集实验，并记录实验结果。 广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目一项目一 认识自动检测系统认识自动检测系统1.3.2 方案分析方案分析 CSY-XY-01传感器实验仪上己安装传感器实验仪上己安装V9.0数据采数据采集卡和应用软件，并有集卡和应用软件，并有RS232 PC接口单元，计算机接口单元，计算机检测原理框图如图检测原理框图如图11-10所示。所示。传感器实验仪计算机数据采集卡(接口)前置处理放大传感器被测量广州铁路职业技术学院广州铁

26、路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目一项目一 认识自动检测系统认识自动检测系统11.3.3 操作分析操作分析 主板电压调节量程切换开关表按右图接线按右图接线广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统软件标定：软件标定：接口接口表主板通道通道计算机连接0软件标定接线示意图连接计算机通道通道主板表 分别按图分别按图11-12（a）、（）、（b）接线）接线进行软件标定。注进行软件标定。注意：按（意：按（a）图接线）图接线后按后按“0V”键三次，键三次，再按（再按（b）图接线后，）图接线后，按按“10V”键三次，键三次，然后再点击然后再点击“保存保存标定标定”分键。分键。广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目十一项目十一 计算机检测系统计算机检测系统 按下图做应变片实验，通过计算机检测系统进行按下图做应变片实验，通过计算机检测系统进行数据采集。数据采集。主板差动放大器增益调零通道通道接口计算机通讯连接拾振器应变梁应变片机头广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 刘丽华制作刘丽华制作项目