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多路PT100III型信号转换模块

发布时间:2020-07-21 19:22:45 阅读: 来源:仓储笼厂家

2004年10月A版

本文引用地址:摘要:本文给出多路PT100-III型信号转换模块的软硬件设计。关键词:三线制;PT100;MODBUS

引言PT100是一种广泛应用的测温元件,在-50℃~600℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势,包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂热电阻的电阻值与温度成非线性关系,所以本模块需要进行非线性校正,一般的模块采用模拟电路校正,这种校正的精度不高,而且温漂等受干扰的程度也比较大。本模块采用了软件查表插值的方法进行校正,最后转换成III型信号。III型信号是当被测信号从下量程到上量程(0%~100%)变化时,输出线上对应4-20mA电流的变化。此外模块还具有MODBUS协议的通讯端口,可以直接和任何MODBUS口连接。

图1 采样电路

图2 主机电路

图3 D/A电路

系统设计整个模块基于AVR新型的Atmega16单片机,采用三线制形式,这样可以去除导线电阻带来的零点不准确,经过差分放大电路直接得到0~5V的信号电压,这样就可以直接输入到A/D转换器。数据处理部分,将PT100分度表中的每隔10℃的电阻值写入到闪存中,这样,将得到电压值回算到电阻值,这样进行查表,当电阻位于某一段之间时,再进行线性处理,这样系统的线性化程度比较高可以达到0.2%。D/A转换系统采用373芯片作为锁存器,采用权电阻网络进行D/A转换,这样可以节省成本,而且精度也可以得到保证。最后再经过一个电压电流转换部分,把信号以III型信号传送出去,完成模块的功能。

图4 V/I转换电路

图5 485通讯电路采样电路采样电路如图1所示,PT100以三线制接到J0,这样连接PT100的两侧的导线长度相等,而且分别加在两侧的桥臂上,这样导线电阻得以消除,当PT100输出100Ω时可以调节R1的阻值,以调整温度下限,当温度范围是0~300℃时,电桥电压经过放大后,Anolog0的电压正好是0~5V,这样可以完整使用单片机的A/D转换器的转换精度。主机电路主机电路如图2。CPU采用Atmega16 ,它自带8路10位A/D转换器,转换速度快,精度高,而且不需要外扩任何器件。74LS138用来译码,分别选通各路的锁存器。采用8MHz的晶振,速度完全可以满足系统的要求。A/D转换的参考电压直接是VCC,这可节省硬件,简化电路,在对精度要求较高的情况下可以选择精密稳压器件,如TL431。D/A转换电路为了节省成本,本系统没有采用专用D/A转换芯片,而是运用D/A转换的原理,利用权电阻网络进行D/A转换器,这样精度可以保证,而且速度比较快,CPU控制也是比较简单的。电路如图3所示。74lS373锁存器,锁存CPU每次更新的数据,OE引脚接138芯片的片选信号,LE 下降沿时数据锁存。V/I转换电路V/I转换电路如图4所示,它将A/D转换后得到的电压信号,转换成4-20mA III型信号输出。I=V/R3。RS-485通讯电路通讯芯片选用MAX485芯片,将收允许和发允许接在一起(见图5),用一个口线进行控制,正常情况下,收允许,在需要发送的时候,设为发允许。

图6 软件流程

软件设计软件设计是本系统的关键,也是与众不同的地方。一般的铂电阻转III型信号的模块都是采用模拟电路,没有软件部分。本系统采用数字化线性校正将大大提高模块的精度。软件流程见图6。软件分主程序,中断服务子程序,所有程序均由C语言编写。程序在ICCAVR6.30调试。

结语基于单片机的PT100-III型信号转换模块具有精度高、可数字通讯、可升级等优点。本模块已经用于多个火力发电厂烟气温度检测,其中采用III型信号和数字通讯的都有,均取得了良好的效果。

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