圖3 主控電路結(jié)構(gòu)圖

　　輔助電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，包含開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，用于通道切換。由圖可知，每個(gè)4051邏輯開(kāi)關(guān)有8個(gè)輸入端，一個(gè)輔助電路可以同時(shí)連接64個(gè)傳感器，故整個(gè)系統(tǒng)可一次性測(cè)量512個(gè)感器的參數(shù)，大大提高了測(cè)量效率。

圖4 輔助電路原理圖

　　為了消除數(shù)字系統(tǒng)頻譜混疊，濾除高頻噪聲對(duì)控制系統(tǒng)的影響，故在數(shù)控系統(tǒng)的傳感器信號(hào)前端設(shè)計(jì)了二階低通抗混疊濾波器。抗混疊濾波器采用壓控電壓源二階低通濾波電路如圖5所示，其傳遞函數(shù)為：

圖5 抗混疊濾波器電路原理圖

3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)通過(guò)串口接收上位機(jī)的命令進(jìn)行指定的操作，其軟件流程如圖6所示：

圖6 軟件流程圖

　　雖然硬件電路已經(jīng)有抗混疊濾波電路，為了進(jìn)一步提高測(cè)試的準(zhǔn)確性，加入了軟件濾波。用雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器，系統(tǒng)所需數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)為：

其中用matlab計(jì)算得到。

4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
　　計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，通過(guò)串口給單片機(jī)發(fā)送命令進(jìn)行測(cè)量和讀數(shù)操作。其軟件框圖如圖7所示：

圖 7 上位機(jī)軟件框圖

　　界面的設(shè)計(jì)主要是從使用者的角度來(lái)設(shè)計(jì)的包括以下幾點(diǎn)：
　　1）.界面做到顧名思義，即操作界面上的各個(gè)部分的意義明確
　　2）.操作方式通用化，采用大眾化的操作，即通過(guò)菜單、工具條和按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)操作
　　3）.通過(guò)禁用控件、菜單等方式禁止非法操作
　　4）.通過(guò)鼠標(biāo)放置時(shí)的提示語(yǔ)句來(lái)提醒操作人員此項(xiàng)的功能
　　5）.采用大量的對(duì)話框來(lái)幫助操作人員，提示當(dāng)前和隨后的工作
　　為達(dá)到以上要求，采用VB進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)，不僅可進(jìn)行傳感器的快速測(cè)量，而且能快速在界面上顯示測(cè)量結(jié)果，并指示出傳感器是否合格。
　　數(shù)據(jù)讀取和保存
　　單片機(jī)將測(cè)量結(jié)果保存到自己的存儲(chǔ)區(qū)，測(cè)量結(jié)果暫時(shí)存在單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，A/D轉(zhuǎn)換值存儲(chǔ)在8000H————-83FFH，共1024個(gè)存儲(chǔ)單元，轉(zhuǎn)換值低8位存在偶數(shù)單元，高8位存在奇數(shù)單元 。當(dāng)收到單片機(jī)的命令要求傳送結(jié)果時(shí)，單片機(jī)通過(guò)串行口將數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行必要的處理后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

5 系統(tǒng)特點(diǎn)
　?。?）大批量傳感器：
　　可一次性對(duì)512個(gè)傳感器進(jìn)行快速準(zhǔn)確測(cè)量。
　?。?）測(cè)量精度：
　　對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大的幾個(gè)方面為：A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)參考點(diǎn)電壓的設(shè)定，繼電器的接觸電阻和整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行采樣時(shí)對(duì)采樣電路的影響。
　　80c196的A/D轉(zhuǎn)換器為10位所以對(duì)0——5伏的分辨力為: 0.0049V,則 對(duì)0——12伏的分辨力為：0.0049＊12/5= 0.0117V 。
　　4051，分壓網(wǎng)絡(luò)以及繼電器的接觸電阻都會(huì)對(duì)參數(shù)電壓VRL造成影響，造成系統(tǒng)誤差，可用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行估計(jì)。
　　同時(shí)還存在隨機(jī)誤差，是不可測(cè)量的。
　　通過(guò)對(duì)測(cè)試儀的調(diào)試可對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償，如果軟硬件調(diào)試無(wú)誤，本測(cè)試儀的測(cè)量精度可達(dá)±2%V。
　　（3）分壓網(wǎng)絡(luò)：
　　為提高測(cè)量精度，適應(yīng)更為廣泛的測(cè)量范圍，采用繼電器對(duì)分壓網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行換檔。電路如圖8

圖8 分壓網(wǎng)絡(luò)電路

　　軟件功能
　　1） 實(shí)現(xiàn)對(duì)512路傳感器的測(cè)試自動(dòng)化。
　　2） 能夠?qū)纹瑱C(jī)的RAM進(jìn)行檢測(cè)
　　3） 能夠清楚顯示測(cè)量結(jié)果
　　4） 能夠?qū)χ付ǖ膫鞲衅鬟M(jìn)行快速重測(cè)
　　5） 能夠保存測(cè)試結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)
　　多通道氣體傳感器測(cè)試儀研制完成后經(jīng)實(shí)際使用證明，具有測(cè)量精度高，測(cè)量速度快，硬件電路簡(jiǎn)單，易于拆卸安裝，克服了原來(lái)使用手工測(cè)量精度低，速度慢的缺點(diǎn)。同時(shí)與計(jì)算機(jī)連接，方便操作，智能程度高，且可實(shí)現(xiàn)傳感器的即插即測(cè)功能等特點(diǎn)，為傳感器參數(shù)測(cè)量的自動(dòng)化奠定了良好的基礎(chǔ)。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)：開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，信號(hào)的抗干擾處理。