基于DSP的便携式过程校验仪的研究与设计

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工业现场存在着大量的工业二次仪表,这些仪器仪表的精确测量及准确控制才能保证工业生产的安全、稳定进行,追求高效的现代化工业不允许生产现场因故障而停产。为了满足这些二次仪表现场校准及故障检测的需求,为了实现高效的现代化生产,大量用于校验工业仪表的现场型校验仪被研制出来。便携式过程校验仪就是工业仪器仪表的衍生品之一,其在一定领域内替代了高精度的万用表、精密电阻箱、高精度的电压及电流信号源等。本文研究设计的便携式过程校验仪是建立在高速DSP芯片TMS320F2812平台上的,其具有直流电压、直流电流、电阻的测量功能,同时具有直流电压、直流电流、电子式合成电阻的输出功能,还能够在校验变送器时为其提供24V直流电源,省却了另外准备直流电源的麻烦。测量功能部分的A/D转换采用了24位的高精度ΔΣ模数转换器LTC2414,输出功能部分的D/A转换采用了18位的乘法型数模转换器LTC2756,使得测量和输出都具有极高的分辨率。系统在电压的测量电路上采用了恒定阻抗差分形式进行取样,在电阻测量电路上设计了稳定的高精度恒流源,并且设计了4线式接法测量电阻。在电流的输出功能上,采用了改进型的Howland电流源电路,扩大了负载两端的电压柔量,提高了其带载能力。在电阻的输出功能上,由精密运放和高精度数模转换器构成的电子式合成电阻能够满足电阻类传感器的校验需求。电压、电流的输出上设计了闭环电路。在供电系统的设计中,设计了由单一电源变换而来的多组电源,实现了模拟电路与数字电路隔离供电系统。另外,系统在设计时将电磁兼容性设计思想融入到了硬件电路设计及印制线路板的设计之中。软件设计中,改进后的滑动平均滤波算法有效地滤除了随机噪声干扰,滞回比较控制算法的采用使得对电压、电流输出精度的控制上具有快速性、稳定性。课题的研究内容基本是围绕着高精度的测量功能以及高精度的输出功能而进行的研究、设计工作。论文开篇介绍了课题的研究背景和国内外现状,进而在分析现有校验仪和信号特征的基础上提出了本系统的设计指标。论文的主体部分为系统的软硬件设计,最后的实验结果表明了经过校正的系统能够满足设计要求,具有很强的实用价值。
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