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设计基于Arduino的自动测量系统
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描述
目标：设计基于 Arduino 的自动测量系统，可以测量范围内的电压和电流（可变）
[在这种特定情况下：{-500mV...+500mV}，{-5V...+5V}]。
它会自动选择适当的范围并重新连接 AMS 的适当元件（以使用 Arduino ADC 实现最佳精度）
AMS 必须抓取一个要测量至少 5 次的值，并呈现平均值及其标准偏差 平均值和变化是使用相关单位在串行监视器上呈现的，并且必须每 5 秒更新一次。
必须足够了解 sqrt 操作相对于时间而言是昂贵的 - 因此我将在这里计算平方 STR（标准偏差）。
系统块：
块号 1：2 个输入缓冲器和一个差分放大器
这是我们的系统输入，两个输入信号通过缓冲器输入（对于大输入阻抗），然后是差分放大器
输出电压：V+ - V-
蓝线代表 V+，灰线代表 V- 电压。
我们如何为差分放大器选择电阻：
我们想要获得 Vout=V+-V-，因此我们以下列方式选择我们的电阻器：
R1=R2=R3=R4=500[kΩ]。
我们将差分放大器输出连接到缓冲器以保持其电压。
笔记：
该模块中的所有运算放大器都具有 ±5[V] 电源电压。
为了实现 ±5[V]，我们使用了两个电源，如下图所示：
模块 2：±5[V] 范围的求和放大器
该模块的工作是将 {-5[V]…+5[V]} 范围内的差分电压转换为 {0[V]…5[V]}。
我们需要进行这种转换，因为 Arduino 不能插入负电压。
该放大器的输出函数必须为 Vout=(5[V]+Vin)/2
为了做这个转换。
我们如何为差分放大器选择电阻：
输入为 V1 和 V2，V2=5[V],V1=Vin（这是输出
从前一个块 1) 因此为了得到
放大器输出功能我们相应地选择了电阻。
RA=100[Ω],RB=500[kΩ],R1=R2=500[kΩ]。
在我们选择所有这些电阻之后，我们会收到以下输出
功能：
Vout=(5[V]+Vin)/2
因为 RB<
块号 3：带缓冲器的 ±500[mV] 范围的求和放大器
该模块的工作是将 {500[mV]…+500[mV]} 范围内的差分电压转换为 {0[V]…500[mV]}。
该放大器的输出函数必须为 Vout=(500[mV]+Vin)/2 *10
为了做这个转换。
我们使用了分压器和缓冲器，因此分压器的点进入运算放大器的非反相输入端。所有这些都是为了保持我们需要这个功能的 500[mV] 电压。
我们如何为差分放大器选择电阻：
输入为 V1 和 V2，V2=500[mV],V1=Vin（这是输出
从前一个块 1) 因此为了得到
放大器输出功能我们相应地选择了电阻。
RA=450[kΩ],RB=50[kΩ],R1=R2=500[kΩ]。
在我们选择所有这些电阻之后，我们会收到以下输出
功能：
Vout=(500[mV]+Vin)/2 *10
注1 ：1+RA/RB = 10，我们正在与之相乘。
注2 ：对于上一张幻灯片中提到的分压器，我们使用了如下图所示的电阻：
模块 4：差压整流器
为什么我们仍然使用整流器？：
该模块用于下一个模块（模块 5）。该模块的输出是比较器 OA 非反相输入的输入。
我们通过以下方式实现了上述电路：
当我们的输入信号（从块号 1 输出）大于 0 时，A1 放大器充当缓冲器。
A2放大器的两个输入端与输入信号电位相同，所以A2实际上输出的是正信号。
当信号小于0时，A1的输出等于0[V]，A2将输入信号反相。
总体结果是输入信号的绝对值。
该模块中使用的所有电阻器都等于 R=500[kΩ]。
块号 5：带继电器的Comperator OA
V+ 中的比较器输入是前一个模块 4 的整流差分输出电压。
在 V- 上，我们从第 3 块提到的缓冲放大器中得到 500[mV]。
我们可以从中选择两个范围：{-5[V]…+5[V]}，{-500[mV]…+500[mV]}。
如果差分电压的绝对值大于 500[mV]，继电器将输出处理此电压范围的模块 2 的输出。
如果差分电压的绝对值小于 500[mV]，继电器将输出块 3 的输出。
继电器输出（绿线）连接到 A0，橙色线连接到引脚 2。
系统流程图：
一些证明系统阻抗非常高的证据：
在上面的附件中，我们可以看到对于不同的电压范围，无论我们有什么电压，输出电流总是0[A]。
将其除以 0[A] 输出电流将导致 Rinput = (Voltage(in)[V])/(Current (in)[A])=(Voltage(in)[V})/(0[A]) = ∞
这意味着在我们被要求设计此 AMS、差分直流电压表的范围内，我们的输入阻抗实际上是无限的。
为了达到这个结果，我们使用了缓冲运算放大器（用于两个输入），众所周知，他的特征之一是他的 Rinput 等于无穷大。
注意：即使电压==0[v] 我们得到 0/0 = '未定义'，但这并不重要，因为在这种情况下无论如何都没有连接（电压或电流）。
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