基于LM331集成电路的液压监测系统的设计与应用

　　引言

　　液压传感器是工业液压监测中最为常用的一种传感器，能将液体压力信号转换为直流4～20mA或直流0～10V电信号输出，在工业自动控制中通常配合专用模拟量输入模块应用于可编程序控制系统（PLC）。然而模拟量信号在传输过程中容易受到数字量信号、交流输入信号、外部强干扰源等的干扰，模拟量受干扰已经成为了自动控制系统的一个难题。基于此笔者提出了一种基于LM331集成电路的液压监测系统，将液压传感器输出电压信号转换为高速脉冲的数字量信号输出到PLC，既能够实现液压的实时检测，同时有效地解决模拟量抗干扰问题。

　　1 LM331集成电路简介

　　LM331是美国NS公司生产的性价比较高的集成芯片，是一种非常理想的精密电压/频率转换器，可用于制作简洁、低成本的模数转换器。当作为压/频转换器使用时，LM331输出脉冲链的频率精确度与输入端施加的电压成比例变化，体现了压/频转换器的特有的优势，可轻松应用于所有的标准压/频转换场合。LM331为双列直插式8引脚的芯片，结构框图如图1所示。

　　LM331各引脚功能如下：管脚1是脉冲电流输出端，内部相当于脉冲恒流源；管脚2是用于调节输出端脉冲电流幅度；管脚3是脉冲电压输出端OC门结构，输出脉冲宽度Tw；管脚7是提供给比较器的基准电压；管脚8是工作电压范围为4～40V的电源Vcc。LM331集成电路线性度好、外接电路简单、非线性失真小、变换精度高，数字分辨率可达12位，并且容易保证转换精度。

　　2 液压监测系统架构

　　为了提高模拟量的抗干扰能力和节约成本，本液压监测系统使用基于LM331的V/F变换电路作为模拟量采集电路。液压传感器将接受到的压力信号转换为0～10V的直流电压信号，直流电压信号再通过V/F变换电路变换为脉冲信号，PLC接受到脉冲信号后，经过运算处理可采集到液压的实时数据，系统架构框图如图2所示，考虑到所选用的PLC有6组高速计数器，系统最大可同时采集6组液压数据，每一组数据都是脉冲信号，可以远距离传输而不受干扰。

　　3 液压监测系统硬件设计

　　液压监测系统需使用电压/频率转换器进行采样，为了节约成本，在不牺牲采样精度的条件下，本系统使用了V/F转换器LM331集成电路芯片组成的A/D转换电路.V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号，而且线性度好，经过PLC处理，把频率信号转换为数字信号，可以完成A/D转换。它具有接线简单，价格低廉，转换精度高、使用方便等特点。

　　3.1 模拟量采集电路设计

　　系统模拟量采集电路设计为压频转换电路，如图3所示，LM331采用单电源供电，电源电压Vcc为15V，模拟信号Vin的输入范围为0V～10V，模拟信号Vin通过LM331芯片进行V/F转换后，变成与电压成正比的频率信号fout=（VIN/20.9V）×（RS/RL）×1/RtCt，fout端输出的频率信号送到PLC的计数端口，PLC对频率信号进行采集、处理、存储。从而实现模拟信号到数字信号的转换。