多路溫度採集:簡介,溫度採集模組,多路溫度採集系統,系統組成,軟體編寫,電路實現,

通常，在工業現場使用的接觸式測溫感測器有熱電阻、熱敏電阻、熱電偶等。根據工業現場的套用需求，多路溫度採集主要測量熱電偶、熱電阻以及溫度變送器輸出的電壓、電流信號，信號經濾波、放大、AD轉換後，將採集數據送入單片機進行分析處理，單片機執行相應控制操作，將採集結果存於外存儲器中。

基本介紹

中文名：多路溫度採集
外文名：Multi-channel temperature acquisition
採集內容：熱電偶、電阻等輸出的電壓流信號
採集結果：存於外存儲器中
數據去向：送入單片機進行分析處理
套用學科：儀器科學、計算機科學、控制科學

簡介,溫度採集模組,多路溫度採集系統,系統組成,軟體編寫,電路實現,主控制晶片和A/D轉換電路,顯示與鍵盤掃描和採集通道選擇電路,接口電路,熱敏電阻測溫變送器和光藕隔離電路,多路溫度採集儀器,

簡介

溫度是生產過程和科學試驗中普遍且重要的物理參數。在工業生產中，為了高效生產，必須對生產過程中的主要參數，如溫度、壓力、流量、速度等進行有效控制。其中溫度控制在生產過程中占有相當大的比例。準確地測量和有效地控制溫度是優質、高產、低耗和安全生產的主要條件。

通常，在工業現場使用的接觸式測溫感測器有熱電阻、熱敏電阻、熱電偶等。根據工業現場的套用需求，多路溫度採集主要測量熱電偶、熱電阻以及溫度變送器輸出的電壓、電流信號，信號經濾波、放大、AD轉換後，將採集數據送單片機進行分析處理，單片機執行相應控制操作，將採集結果存於外存儲器中。

溫度採集模組

多路溫度信號採集模組系統實現方案如圖所示。

圖中虛線框內為溫度採集單元，主要由信號輸入處理部件、濾波放大單元、A/D轉換處理、光電隔離單元、熱電偶冷端溫度補償單元和供電單元構成，可以完成對不同類型信號的採集，包括熱電偶(T、E、K、B、S)、熱電阻(Ptl00、Cu50、Cul00)輸出的電壓信號，溫度變送器輸出的電壓(0～100mV、0~5V)、電流(0~20mA)信號。

每路輸入信號經信號濾波單元後進行A/D轉換，信號濾波單元主要完成低通濾波，以消除重疊在輸入信號上的高頻噪聲。由於所測各種信號的動態範圍不同，AD轉換器採用了精度可達24位、具有片內PGA的Σ—△模數轉換器CS5522，以實現對輸入通道的增益可程式控制；同時，CS5522還包括自校準和系統校準功能，可消除器件本身或系統的增益和偏移誤差，其串列通信方式也方便容易地與微處理器相連，使整個數據採集模組只需外接少量元器件，就可以直接處理感測器輸出的微弱信號，從而大大簡化了硬體電路設計，提高了系統測量精度。

多路溫度採集系統

介紹套用於電子設備熱測量的基於CPLD和USB接口的多路溫度採集系統。並對此系統的組成、工作原理以及系統中的關鍵電路說明。

系統組成

整個系統由溫度感測器(Pt100鉑電阻)、溫度變送器(XTRl05)、cPLD構成的顯示與鍵盤控制和採集通道選擇電路、採樣保持及模數轉換電路、光耦隔離電路(三片6N137和DC—DC變換器組成)、接口電路和計算機等部分組成。系統的整體框圖如圖所示。

軟體編寫

軟體設計主要以兩部分組成:

一是單片機程式(又稱固件)採用模組化程式設計，主要由A/D轉換的中斷子程式和USB中斷子程式，另外還有串口傳送中斷子程式、同CPLD同步子程式，數據處理子程式幾個模組組成。模組化設計的優點是可靠性高、可讀性好、升級簡單。二是PC端的程式。Pc端的程式由驅動程式和主機應用程式構成。驅動程式設計採用WDM(WindowsDriveMode)。

WDM設備驅動程式提供了一個參考框架，大大降低了由Dl〕K書寫驅動程式帶來的難度。驅動程式通過安裝檔案(.INF檔案)中IPD(產品識別號)和VID(廠商識別號)識別USB設備。主機應用程式的編寫使用VC編譯環境中的API函式實現來完成採集數據的後處理工作，包括數據顯示、保存、列印等功能。為了提高效率，使用了多執行緒技術實現讀寫。應用程式通過GUID(註冊表驅動唯一識別號)查找驅動程式。驅動程式與應用程式和硬體之間通信都是IRP(I/O請求包)完成。

電路實現

主控制晶片和A/D轉換電路

主控制晶片採用可線上編程(ISP)的器件AT89552，和傳統的C51單片機相比，551系列單片機支持在系統編程ISP，並內置看門狗定時器。單片機主要完成採集後的數據處理和對外圍電路控制和通信功能。

根據測量精度的要求選用MAX194型、14位串列輸出的自帶採樣保持功能A/D變換器。該變換器具有高速、高精度、低功耗的特點。

顯示與鍵盤掃描和採集通道選擇電路

採用VHDL語言在一片CPLD完成了以往需要單片機和大量外圍器件才能完成數據動態顯示掃描與鍵盤掃描和採集通道選擇功能，相對於傳統方法有以下優點:採用CPLD極大的簡化了系統結構，減少了板卡體積，降低了系統的功耗和干擾，提高了系統的穩定性，也給調試維修帶來了方便；通過EDA軟體採用自頂向下的設計方法對系統進行設計縮短了開發周期，大大提高了設計效率。

採用按照電路的功能，系統內部可以分為三個部分:動態顯示掃描川和鍵盤掃描模組和通道選擇模組。動態顯示掃描要求能完成8個LED顯示器的動態掃描顯示，而鍵盤掃描模組能把通過不同鍵盤在CPLD中形成的編碼輸入到MCU中，來實現通道號和採集間隔時間選擇，進而來控制通道選擇模組的動作。通道選擇模組的設計比較簡單，功能是通過控制繼電器完成對64路模擬量的隨機切換，是個簡單組合邏輯電路設計。而動態顯示掃描和鍵盤模組電路的設計可以採用模組化電路的方法，其整合電路的構成如圖所示。

接口電路

為了套用方便適合不同場合的需要，採用R2S32串口和USB兩種接口和PC機通信。兩種接口可以獨立地把採集到的數據送到計算機中，以便計算機可以對數據進行後處理。採集系統的接口設計示意圖如圖所示。

USB接口部分採用PDIUSBD12晶片完成MCU和PC機的通信。多路地址/數據匯流排ALE接單片機的ALE腳，這樣使用MOVX指令可以與D12接口，對D12操作就象對RAM操作一樣，此時忽略A0(命令口和數據口地址線)的輸人。因為沒有使用DMA轉輸方式，所以沒有用到DMACK_N、EOT_N和DMREQ_N的DMA引腳。

INT_N是USB中斷請求腳，發出中斷請求，進人單片機的中斷處理程式；GL_N是GOODLINK指示燈，在調試過程中非常有用，在通信時會不停閃爍。如果一直亮或者一直暗，表示USB接口有問題，如果D12掛起，則LED關閉。

熱敏電阻測溫變送器和光藕隔離電路

溫度—電流變送器選用XTR105，它可對鉑電阻中的溫度二次項進行線性補償，提高整個系統的線性度和精度。套用電路中，XTR105把溫度變化量變為4~20mA的電流後，通過25on精密電阻再轉換為1~5V的電壓，最後連線A/D轉換器的模擬電壓輸人端。這裡精密電阻採用0.25W的，是因為考慮到減小最大電流20rnA時電阻過熱對電路的影響。XTR105的連線方式有兩線和三線制兩種，本系統採用兩線制。信號採集模擬電路和數字處理電路之間採用光偶隔離晶片6N137隔離，以減小數字電路紋波對模擬電路的干擾。

多路溫度採集儀器

溫度在暖通、製冷專業中是一個重要的熱工參數，在許多的教學實驗中都會要求對溫度進行測量、記錄。為了適應教學、演示的需要，現設計一種多路溫度採集儀器，預期實現功能為可同時採集、顯示、記錄多點(8～16個)溫度。實驗中採用此儀器，記錄溫度的同步性、實時性將會比人工記錄有明顯的改善。

儀器由硬體及軟體兩部分組成，其中硬體部分承擔採集、預處理、傳送數據至PC的功能，軟體部分負責對數據計算、實時顯示、記錄的功能。系統組成如圖所示。

系統的測溫元件為電阻式溫度感測器，其工作特性為隨著溫度的變化，感測器的電阻值也有較大的變化。因此在溫度測量時，只要測得了感測器的電阻值，也就得到了測點的溫度值。系統既由這一特性搭建起工作電路，在電路中，由AD轉換晶片將感測器的電阻值轉換成PC可識別的AD轉換數值，然後傳給軟體部分進行處理。

數據記錄工作由軟體完成。在實驗中,系統可同時採集8個測點上的感測器數據,並能在程式界面上實時顯示、記錄採集到的AD轉換數據。

多路溫度採集