基于AVR和振弦式滲壓計的大壩監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
3.1 防雷擊電路
雷擊是影響大壩安全檢測系統(tǒng)正常運行的重要因素之一,因此必須提高檢測系統(tǒng)的防雷性能。本文將介紹一個簡便易行有效的防雷擊電路,如圖4所示。本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/172688.htm
防雷擊電路由玻璃放電管(防雷管)、雙向瞬變二極管和熱敏電阻組成。當強電流(高于玻璃放電管的放電電壓)來時,放電管兩端會產(chǎn)生弧光放電,氣體電離放電后,兩端電壓以10-9秒量級的速度迅速降低,從而保護電路。在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方,為防止玻璃放電管擊穿后長時間導通而損壞,電路中串聯(lián)熱敏電阻。雙向TVS(導通電壓定位6 V>5 V),在這里起到備用通路的作用。它可在正反兩個方向?qū)⑵涔ぷ髯杩沽⒓唇抵梁艿偷膶ㄖ?,并將電壓鉗制到預定水平,從而提高了防雷電路的可靠性。
3.2 激振檢測電路
作為整個系統(tǒng)的主體部分,首先給出總的電路圖,如圖5所示。
3.2.1 激振電路
目前,振弦式傳感器激勵方式主要有高壓撥弦和低壓掃頻激振兩種。由于系統(tǒng)運行在低壓狀態(tài),故采用低壓掃頻激振。根據(jù)傳感器的固有頻率選擇合適的頻率段,對傳感器施加頻率逐漸變大的掃頻脈沖串信號,當激振信號的頻率和鋼弦的固有頻率相近時,鋼弦能快速達到共振狀態(tài),此時產(chǎn)生感應電動勢且振幅最大,傳感器輸出的頻率信號信噪比較高且便于測量。
本系統(tǒng)選用的傳感器振弦的固有頻率為450~5 000 Hz,故可以充分利用AVR微處理器。運用軟件設(shè)計,設(shè)置ATmega128單片機的引腳PB44輸出PWM信號進行激振,激振輸出的信號經(jīng)過光電隔離放大整形電路,進入單片機的ADC接口(PF0),完成對感應電動勢的采集。通過程序設(shè)計,將最大感應電壓信號對應的頻率保存在片內(nèi)存儲器中,從而完成對滲壓計的激振。對于以后的激振將一直采用此頻率,從而確保系統(tǒng)能獲得高精度的測量結(jié)果,流程圖如6所示。
3.2.2 信號調(diào)理檢測電路
對傳感器進行掃頻激勵后,傳感器將返回幅度不斷衰減的正弦信號,由于信號幅度較小,在1 mV左右,因此需要對信號進行放大。本系統(tǒng)選用INA326精密儀表放大器,其適用于單電源、低功耗和精密測量的應用場合,并可保持良好的線性。如圖5,INA326的增益它的增益可通過與輸入信號隔離的外部增益電阻來設(shè)置,而且工作性能穩(wěn)定。電路中分別由R1、R2、R5、R6設(shè)置,增益G1=2R2/R1,G2=2 R6/R5。外接電阻除與增益有關(guān)外,也直接影響到穩(wěn)定性及溫度漂移,因此要求精度高時要采用低溫度系數(shù)的精密電阻。為盡量減少在腳1與腳8的雜散電容量,而且將腳4與腳7直接用電容相連接。
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