MedWin+AT89C51单片机武器射击记录仪设计+PCB图纸(4)
电路的设计及实现
3.1 射击动态信号的获取及调理
为了记录武器的射击动态信号，需要将枪发射产生的震动转换成电信号，然后进行整形、组合处理后送到单片机。
3.1.1 信号的获取
在单片机的实时控制和智能仪表等应用系统中，测量的对象往往都是些非电量，这些非电量必须先转换成电量再转换成数字量后才能输入到单片机中进行处理。实现系统硬件电路的设计及实现非电量转换成电量的器件通常使用传感器。传感器的种类很多，针对本课题的实际要求，本设计选用的传感器是压电式加速度传感器。压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。
3.1.2 信号的调理
信号调理电路由阻抗变换电路、电压比较电路、整形电路组成，它将传感器输出信号进行整形转变为脉宽恒定的数字脉冲信号。
3.1.2.1 阻抗变换电路
压电式传感器在振动测试领域中是应用最广泛的传感器之一，因为它具有工作频带宽、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、不易损坏等优点。本设计采用的是YD-31压电式加速度传感器，其各项参数如表3.1所示。
表 3.1 YD-31压电式加速度传感器技术指标
电荷灵敏度（pC/ms-2） 2.5 频率响应（Hz±1dB） 1～10,000
横向灵敏度（<%） 5 工作温度（℃） -40～+80
最大可测加速度（ms-2） 5000 安装螺纹（mm） M3
外形尺寸（mm） 9吹冰方×10 重量（g） 15
由于压电式压力传感器具有很高的内阻，一般都高达1012欧姆以上，不利于后面的放大和采集。为防止信号衰减，采用具有高输入阻抗的AD712运算放大器作为阻抗变换器，即整个记录系统的前置放大器，其带宽为150kHZ。AD712是一种高速，精密的电荷放大器，提供高性能的放大功能，其具有极低的失调电压和失调电压漂移[5]。由图可得
（3-1）
采用运算放大器制作阻抗变换器稳定可靠，不存在静态工作点漂移问题，在设计制作过程中重点挑选前置运算放大器、反馈电阻Rf，和反馈电容Cf。其电路原理见图3.1，前部分是电荷放大器，后部分是跟随器。
图 3.1 阻抗变换器电路原理图
3.1.2.2 电压比较电路
为将传感器检测的信号转换成规则的脉冲信号，采用集成电压比较器LM393，将传感器检测到的信号转换成脉冲信号，实现波形的转换[5]。
电压比较器LM393的功能是将输入的模拟信号与一个参考电平进行比较，如图3.2所示，当输入信号Ui大于参考电平Uref时，比较器的输出电压产生跃变，从而来判断输入信号的大小，其传输特性如图3.3所示。
图 3.2 电压比较器电路图 图 3.3 电压比较器的传输特性
3.1.2.3 整形电路
电压比较器输出的脉冲信号并不满足单片机的要求，需要进行整形。本设计采用的整形电路如图3.4所示，其输入输出对应波形见图3.5.
图 3.4 整形电路 图 3.5 整形电路输入输出波形
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