带DAC输出的多通道温度采集模块的设计

2011-09-21 15:33:07来源: 互联网
    在化工产业,机械加工,工业制造等领域经常要考虑到温度对测量或加工的影响,因此对温度的测量和控制就显得尤为重要。特别在一些环境恶劣、干扰较强的使用场合,温度采集装置的稳定是实现测量与控制的首要环节。本文针对上述背景,设计了通用多通道检测模块。

1 系统结构和工作原理
    模块采用单片机ATmega48为控制核心,多路恒流源测温电路通过电子开关CD4051与13位A/D转换器MCP3301相连,通过单片机控制3/8译码器74HC138进行通道选择;模块通过基于Modbus通信协议的RS 485接口与主机通信;并具有一路PWM转DAC电路。模块适用于与PLC等主机连接,各通道实时检测数据保存于各通道的保持寄存器中,当接收到主机读取命令时将数据发送。整体结构如图1所示。

a.JPG



2 系统硬件电路设计
    系统主要硬件部分控制电路:MCU、温度测量电路、PWM转DAC电路、电源电路和RS 485通信电路。为了避免外连的通信电路影响内部测量电路,提高抗干扰性能,将通信接口电路通过光藕隔离,且工作电源具有两路隔离电源,本文采用开关电源,具有效率高、重量轻和体积小的特点,并可兼容交、直流24 V供电。本文在硬件部分主要介绍恒流源热电阻测温电路以及PWM输入的DAC电路。
2.1 热电阻温度测量电路
    本模块的热电阻选用铂电阻Pt100作为温度传感器。在-50~+600℃中温范围内,与其他热敏元件相比,铂电阻温度传感器测量准确度高、测量范围大、稳定性好、抗干扰能力较强。
    铂电阻测温电路主要有两种:桥式测温电路和恒流源式测温电路。
    桥式测温电路主要是利用调整电桥的电阻参数,抵消电桥两端的电压波动,以突出热电阻变化引起的电压,当采用三线制时可以消除引线误差,但存在非线性误差和电路相对复杂等问题。
    恒流源式测温电路利用稳定电压给热电阻以恒定电路流,保证热电阻上的电压和其阻值变化成线性关系的。在保证基准电压源稳定的情况下,可以简化电路结构,另外根据热电阻和输出电压线性关系,更加有利于温度的计算和校正。恒流源式测温的基本应用电路如图2所示。

b.JPG


    图2中虚框部分即为恒流源电路。运放U1A将输入的基准电压VREF转换为恒流源,激励热电阻RT。热电阻两端电压,经过U1B运放组成的双端输入单端输出放大电路,将信号放大10倍,即输出期望的检测电压信号。该输出信号通过电子开关与A/D转换芯片相连。

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关键字:Modbus  温度采集  PWM  DAC

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0921/article_3517.html
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