基于雙ATmega128的安檢力學試驗機設計

圖4中，RG為增益電阻，IN1和IN2為傳感器輸出的2個差分信號，電容C1、C2以及4．02 kΩ電阻構成射頻干擾抑制電路。其中電容C1抑制的是差動干擾信號，C2抑制的是兩輸入端的共模干擾；根據AD8221數據手冊，選用300 Ω的增益電阻將信號放大100倍左右，即將傳感器輸出信號轉換到0～2．5 V范圍內。在本設計中，共使用3路放大電路，分別對拉／壓力傳感器和2路位移傳感器輸出信號調理。
2．3 模擬量采集電路
本系統對于模擬信號采集精度的要求很高，ATmega128單片機內部10位A／D轉換器無法滿足。根據要求選用美國ADI公司的低噪聲、高分辨率和基于∑-△轉換技術的24位A／D轉換器AD7718。該器件8／10通道單端輸入，具有增益可編程。本設計中，傳感器輸出信號經過放大濾波等處理后，可看作為差分信號，因此通過軟件配置AD7718為8通道單端輸入模式。設計時使用低溫漂和低噪聲的AD780輸出2．5 V電壓作為參考電源。此外AD7718在使用時必須將模擬地和數字地隔離開來，這樣可消除任何耦合到AD7718模擬部分的高頻噪聲，其電路如圖5所示。

2．4 變頻器控制模塊
根據不同試驗的要求，需要控制電動機的轉速和正反轉，本設計通過單片機控制變頻器來實現這些功能。設計中使用開關量輸出控制變頻器A100-3022的外部端子FWD、REV來實現電動機正反轉的控制，將AD5324的輸出經電壓跟隨處理后連接到變頻器的外部輸入端子+5 V IN，利用該0～5 V之間的電壓信號控制變頻器的輸出頻率。具體實現框圖如圖6所示。

2．4．1 D／A轉換電路
根據不同的試驗，對電動機所帶動的升降機構的運行速度有嚴格的要求，利用變頻器的面板的按鍵操作或者外部電位器對變頻器的頻率進行給定，這種對頻率的改變實時性較差，而且也無法實現自動操作。本設計選用AD5324輸出0～5 V電壓信號作為頻率調整的信號。AD5324為12位的D／A轉換器，0～REF的模擬輸出范圍。另外，在AD5324的輸出端增加一路由LM324構成的電壓跟隨電路，用于增強負載驅動能力。
2．4．2 開關量輸入輸出電路設計
本試驗機使用機械結構形式的限位開關ME-8104，作為升降機構的上、下限位。設計時在限位開關與單片機端口之間增加光電隔離器，以有效地抑制尖峰脈沖，避免外部干擾噪聲進入單片機系統；開關量輸出主要用于控制電機正反轉。在變頻器上有2路控制端子，直接用繼電器信號輸入即可。光耦隔離的開關量輸入輸出控制電路如圖7所示。不過需要注意的是：開關量輸出在連接到變頻器之前需要做正反轉控制信號互鎖，以免出現邏輯控制錯誤。