光信號(hào)同步的間接測(cè)量方法和結(jié)構(gòu)時(shí)間

主機(jī)部分

第一階段，主機(jī)光發(fā)射器發(fā)出同步光信號(hào)，啟動(dòng)各個(gè)測(cè)量部件同時(shí)進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，此時(shí)，單片機(jī)的P3.4/T0引腳設(shè)置為輸出狀態(tài)，當(dāng)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過反相器74LS04驅(qū)動(dòng)光電發(fā)送器，按照程序的約定這個(gè)信號(hào)是表示“啟動(dòng)”的光信號(hào)，即通過該光信號(hào)向每個(gè)測(cè)量部件傳送開始測(cè)量的同步信號(hào)。

第二階段，每個(gè)測(cè)量部件同時(shí)進(jìn)入測(cè)量，測(cè)量完成后再由各個(gè)部件依次將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送回主機(jī)。主機(jī)對(duì)P3.3/INT1引腳的脈沖進(jìn)行測(cè)量和程序識(shí)別，經(jīng)過解碼確定測(cè)量部件所發(fā)出的信號(hào)，完成“取回?cái)?shù)據(jù)”的工作。

測(cè)量部分

每個(gè)測(cè)量部件電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中以UA1(OP07)為主的部分是信號(hào)放大器，例如在以鉗形電流作為對(duì)電流信號(hào)的測(cè)量時(shí)，輸入的電信號(hào)一般比較小，必須經(jīng)過放大處理。而以UA2(LM331)為主的部分則是過零比較電路，主要用于將信號(hào)轉(zhuǎn)換為過零變化的方波，這個(gè)方波的上升沿表示交流信號(hào)的過零點(diǎn)。在圖1中還包含光電耦合器SA1(TIL117)，它一方面進(jìn)行電路隔離，同時(shí)還將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL電平以便在單片機(jī)的P3.2(INT0)上進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)引腳設(shè)置為輸入狀態(tài)，利用軟件很容易對(duì)方波信號(hào)的上升(或下降)沿進(jìn)行測(cè)量。與現(xiàn)有電路比較，其測(cè)量部分簡(jiǎn)化了很多，傳統(tǒng)電路是對(duì)兩個(gè)回路的交流信號(hào)進(jìn)行處理—即將兩個(gè)信號(hào)的過零點(diǎn)在一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行直接比較以確定出相位差(Δtx)。而該電路不再基于對(duì)兩個(gè)信號(hào)之間直接進(jìn)行比較，且測(cè)量方法也發(fā)生了很大的改變，它是采用一個(gè)公共的光脈沖作為測(cè)量同步信號(hào)。

測(cè)量完成后由測(cè)量部件單片機(jī)的P3.4/T0引腳輸出開關(guān)量信號(hào)，經(jīng)過反相器74LS04驅(qū)動(dòng)光電發(fā)送器，然后通過光信號(hào)向主機(jī)傳送每個(gè)測(cè)量部件的測(cè)量數(shù)據(jù)。由于對(duì)每個(gè)測(cè)量部件都進(jìn)行了編號(hào)，各個(gè)測(cè)量部件的工作程序會(huì)依據(jù)本身序號(hào)依次向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

工作時(shí)序

圖2描述了進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時(shí)序關(guān)系，當(dāng)光接收器輸出信號(hào)出現(xiàn)下降沿(即Ps=0)時(shí)，表示接收到主機(jī)的信號(hào)，上升沿到來時(shí)開始計(jì)時(shí)，而且以后的數(shù)據(jù)傳送也是以這個(gè)上升沿為參照標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量時(shí)間Txi +T0i 和Txj+T0j不大于40ms。對(duì)于第一個(gè)測(cè)量部件在同步信號(hào)啟動(dòng)測(cè)量以后再延時(shí)TM1≥Txi +T0i就可以傳送數(shù)據(jù)了。為了可靠，本設(shè)計(jì)取TM1=50ms作為測(cè)量過程的延遲時(shí)間。設(shè)每次傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間為TN，那么第二個(gè)測(cè)量部件傳送數(shù)據(jù)的延時(shí)就是第一個(gè)延遲時(shí)間加上TN，即：TM2= TM1+TN，后面的延時(shí)TM的計(jì)算依次類推。

主機(jī)會(huì)根據(jù)這個(gè)過程在其內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)依次保存各個(gè)部分的測(cè)量數(shù)據(jù)，以便后來的計(jì)算和顯示。

圖2 數(shù)據(jù)通信的時(shí)序關(guān)系

結(jié)語

這種間接測(cè)量的方法是在傳統(tǒng)的測(cè)量方法基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)，光信號(hào)作為一個(gè)參照量被引入到測(cè)量過程，依靠計(jì)算機(jī)的控制、存儲(chǔ)、運(yùn)算和處理等功能，得到最終的參數(shù)數(shù)據(jù)。由于這種方法依靠光信號(hào)作為同步和數(shù)據(jù)傳輸，多個(gè)測(cè)量回路不再需要在電路上的直接連接，而是獨(dú)立進(jìn)行，這對(duì)于解決實(shí)際問題來說非常有用。