CN103644975A - 多通道温度采集装置 - Google Patents

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郑臣艳
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Abstract

本发明提供了一种多通道温度采集装置，包括多个温度传感器、通道隔离单元、ADC处理单元以及微控制单元，所述ADC处理单元包括模数转换器且该模数转换器的输入接口连接通道隔离单元、输出接口连接微控制单元，其中：所述通道隔离单元包括多个通道隔离开关且每一温度传感器经由不同通道隔离开关连接到模数转换器的输入接口；每一所述通道隔离开关包括光耦及开关控制电路，且所述光耦的副边连接温度传感器与模数转换器的输入接口、原边连接到开关控制电路。本发明通过光耦实现了多个温度传感器信号的隔离，提高了多通道温度采集装置的抗干扰能力，使得温度采集的精度大大提高。

Description

多通道温度采集装置
技术领域
本发明涉及工业控制领域，更具体地说，涉及一种多通道温度采集装置。
背景技术
温度采集及控制广泛运用在工业控制的各个领域，尤其是在冶金、化工、机械加工、工业制造等领域，在这些领域，温度对测量或加工的影响非常明显，温度采集及控制的好坏、运行性能的合适与否，将直接影响到产品质量、设备运行效率等。
在温度采集时，工业上通常采用热电阻（RTD）或热电偶(TC)等温度传感器将温度转换为电信号，然后使用专用的温度检测系统进行检测，并以此进行温度控制。在温度控制时，温度检测的精度及可靠性则尤为重要。在PLC市场中，就有专门用于这类温度采集及控制的温度模块。该温度模块通过模数转换（ADC）处理单元采样，将温度传感器产生的电信号转换为数字信号，然后传送到控制系统中，再换算为温度值，最终实现温度检测。
如图1所示，是现有的一种温度采集模块，其ADC处理单元12与微控制单元（MCU）11之间直接电气连接，即直接将传感器通路与微控制单元电气连接在一起。如图2所示，是另一温度采集模块的示意图，其ADC处理单元22与微控制单元21的之间做了隔离，但不同温度传感器通道之间并未做隔离，而是电气上直接连接在同一个ADC处理单元22上。
由于工业现场环境通常比较恶劣，不同控制器之间往往相互存在干扰，不同信号源之间也容易产生串扰，如果不对这些干扰做很好的处理，则温度检测及控制系统的可靠性大打折扣。例如图1所示的温度采集模块，由于温度采集单元与微控制单元之间未做隔离，其采得的温度往往精度非常有限，容易产生误差；而图2所示的温度采集模块，虽然其温度采集单元与微控制单元之间做了隔离，但各采样通道之间并未做隔离，虽然抗干扰能力有所提升，但不同通道之间的干扰导致温度采集精度受影响的问题还是无法解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述温度采集模块因干扰而导致精度受影响的问题，提供一种多通道温度采集装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种多通道温度采集装置，包括通道隔离单元、ADC处理单元、微控制单元以及多个温度传感器，所述ADC处理单元包括模数转换器且该模数转换器的输入接口连接通道隔离单元、输出接口连接微控制单元，其中：所述通道隔离单元包括多个通道隔离开关且每一温度传感器经由不同通道隔离开关连接到模数转换器的输入接口；每一所述通道隔离开关包括光耦或光耦继电器中的一个以及开关控制电路，且所述光耦或光耦继电器的副边连接温度传感器与模数转换器的输入接口、原边连接到开关控制电路，所述开关控制电路的输入端连接微控制单元的控制信号输出端口。
在本发明所述的多通道温度采集装置中，所述模数转换器的输入接口具有三个输入端子，每一通道隔离开关包括三个光耦或光耦继电器且每一光耦或光耦继电器的副边的一端连接模数转换器的一个输入端子、另一端连接温度传感器的一个输出端子。
在本发明所述的多通道温度采集装置中，所述多个温度传感器包括三线热电阻、二线热电阻和/或热电偶，并在温度传感器为热电偶时所述模数转换器的其中一个输入端子空接。
在本发明所述的多通道温度采集装置中，所述采集装置还包括电流源且该电流源位于ADC处理单元，且该电流源分别连接到每一温度传感器。
在本发明所述的多通道温度采集装置中，所述通道隔离单元包括多个电源开关，所述电流源经由该多个电源开关分别连接到对应的温度传感器。
在本发明所述的多通道温度采集装置中，所述模数转换器的输出接口经由隔离器连接到微控制单元。
本发明的多通道温度采集装置具有以下技术效果：通过光耦或光耦继电器实现了多个温度传感器信号的隔离，提高了多通道温度采集装置的抗干扰能力，使得温度采集的精度大大提高。
附图说明
图1是现有温度采集装置的示意图。
图2是另一现有温度采集装置的示意图。
图3是本发明多通道温度采集装置第一实施例的示意图。
图4是图3中通道隔离单元的详细结构示意图。
图5是本发明多通道温度采集装置第二实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图3、4所示，是本发明多通道温度采集装置第一实施例的示意图。本实施例中的多通道温度采集装置包括多个温度传感器34、通道隔离单元33、ADC处理单元32以及微控制单元31，上述ADC处理单元32包括模数转换器321且该模数转换器321的输入接口连接通道隔离单元33、输出接口连接微控制单元31，其中通道隔离单元33包括多个通道隔离开关且每一温度传感器经由不同通道隔离开关连接到模数转换器321的输入接口；每一通道隔离开关包括光耦331及开关控制电路332，且光耦331的副边连接温度传感器34与模数转换器321的输入接口、原边连接到开关控制电路332，开关控制电路332的输入端连接微控制单元31的控制信号输出端口。当然，在实际应用中，上述光耦331可使用光耦继电器代替。
上述多通道温度采集装置支持热电阻（RTD）和热电偶（TC）两种不同类型的温度传感器，通道隔离单元33中连接温度传感器34与模数转换器321的信号通道由微控制单元31统一控制通断（上电后所有信号通道均处于关闭状态，需要采集某一通道时，微控制单元31控制该信号通道的通道隔离开关开通，即将对应的温度传感器接入模数转换器321进行温度采集处理）。当然，在温度采集传感器采用热电阻时，需要一个电流源为该热电阻提供输入电流；而当所有温度传感器都采用热电偶，则无需电流源。
由于通道隔离开关选用光耦或光耦继电器，因此可有效确保未开通的信号通道不对内部电路造成影响，提高了采样精度。
在具体实现时，上述每一温度传感器34包括三个输出端子且模数转换器321的输入接口具有三个输入端子，每一通道隔离开关包括三个光耦331且每一光耦331的副边的一端连接模数转换器321的一个输入端子、另一端连接温度传感器34的一个输出端子。也就是说，每一温度传感器34的输出端子都经由一个光耦331连接到模数转换器321的输出端子。相应地，温度传感器34可以是三线热电阻、二线热电阻和/或热电偶，且在温度传感器34为热电偶时，模数转换器321的其中一个输入端子空接。
如图5所示，是本发明多通道温度采集装置第二实施例的示意图。本实施例中的多通道温度采集装置包括多个温度传感器54、通道隔离单元53、ADC处理单元52以及微控制单元，上述ADC处理单元52包括模数转换器521以及电流源522，且该模数转换器521的输入接口连接通道隔离单元53、输出接口连接微控制单元。上述ADC处理单元52的电流源522分别连接到每一温度传感器54，从而为温度传感器54供电。
相应地，可在通道隔离单元53中增加多个电源开关533（该电流源开关可由微控制单元控制导通与断开），使得电流源522经由该多个电源开关533分别连接到对应的温度传感器。当采样某一热电阻检测值时，连接到该热电阻的电源开关533导通，使得电流源522为相应的热电阻供电，同时开通对应的通道隔离开关使模数转换器321进行采样处理；当测量热电偶时，对应的电源开关533断开，同时开通对应的通道隔离开关使模数转换器321进行采样处理。
此外，为进一步提高抗干扰性能，可在模数转换器与微控制单元之间增加一个隔离器，即模数转换器的输出接口经由隔离器连接到微控制单元。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种多通道温度采集装置，其特征在于：包括通道隔离单元、ADC处理单元、微控制单元以及多个温度传感器，所述ADC处理单元包括模数转换器且该模数转换器的输入接口连接通道隔离单元、输出接口连接微控制单元，其中：所述通道隔离单元包括多个通道隔离开关且每一温度传感器经由不同通道隔离开关连接到模数转换器的输入接口；每一所述通道隔离开关包括光耦或光耦继电器中的一个以及开关控制电路，且所述光耦或光耦继电器的副边连接温度传感器与模数转换器的输入接口、原边连接到开关控制电路，所述开关控制电路的输入端连接微控制单元的控制信号输出端口。
2.根据权利要求1所述的多通道温度采集装置，其特征在于：所述模数转换器的输入接口具有三个输入端子，每一通道隔离开关包括三个光耦或光耦继电器且每一光耦或光耦继电器的副边的一端连接模数转换器的一个输入端子、另一端连接温度传感器的一个输出端子。
3.根据权利要求1所述的多通道温度采集装置，其特征在于：所述多个温度传感器包括三线热电阻、二线热电阻和/或热电偶，并在温度传感器为热电偶时所述模数转换器的其中一个输入端子空接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的多通道温度采集装置，其特征在于：所述采集装置还包括电流源且该电流源位于ADC处理单元，且该电流源分别连接到每一温度传感器。
5.根据权利要求4所述的多通道温度采集装置，其特征在于：所述通道隔离单元包括多个电源开关，所述电流源经由该多个电源开关分别连接到对应的温度传感器。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的多通道温度采集装置，其特征在于：所述模数转换器的输出接口经由隔离器连接到微控制单元。
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