CN106352996A - 一种多路热电偶温度和模拟信号采集仪 - Google Patents

一种多路热电偶温度和模拟信号采集仪 Download PDF

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    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
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Abstract

本发明公开一种多路热电偶温度和模拟信号采集仪，包括电源模块、最小系统模块、热电偶模块、模拟信号模块以及CAN模块；所述电源模块与最小系统模块连接；所述热电偶模块的一端连接热电偶温度计，另一端连接最小系统模块；所述模拟信号模块连接最小系统模块；所述CAN模块连接上位机中的INCA标定系统，完成最小系统与INCA标定系统之间的通讯。本发明能够完成多路热电偶温度和模拟信号的采集，而且成本低，使用方便，显著降低了标定成本，提高了标定效率。

Description

一种多路热电偶温度和模拟信号采集仪
技术领域
本发明涉及一种柴油汽车的自主标定领域，尤其涉及一种多路热电偶温度和模拟信号采集仪。
背景技术
随着汽车尾气排放污染问题的凸显，排放法规不断加严。对于柴油车，国五排放标准也被提上了日程；各柴油机厂商也都加大投入和研发，以占领国五的市场先机。应对国五排放标准，各厂商普遍采用“EGR+DOC+DPF”的技术路线，其中，EGR指排气再循环，DOC指氧化型催化器，DOF指柴油颗粒过滤器。通过该采集盒可以完成对多路信号同时采集，并能对数据有效存储。目前市场上已有的技术有包括博世公司650采集卡和NI公司各类信号采集盒，以NI公司采集卡为例，需要同时安装硬件驱动以及labview软件，通过采集卡采集到电脑并通过labview处理和显示。国五技术的应用，除了使车上传感器和执行器增加，也带来了标定工作的进一步复杂。在标定时，标定工程师们往往需要采集监测许多传感器信号如热电偶温度、模拟信号等，传统的采集卡通道数已不能满足工作的需求。尽管博世的650采集卡适用性广，但成本昂贵，且通道数少。
发明内容
本发明的目的在于通过一种多路热电偶温度和模拟信号采集仪，来解决以上背景技术部分提到的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种多路热电偶温度和模拟信号采集仪，其包括电源模块、最小系统模块、热电偶模块、模拟信号模块以及CAN模块；所述电源模块与最小系统模块连接；所述热电偶模块的一端连接热电偶温度计，另一端连接最小系统模块；所述模拟信号模块连接最小系统模块；所述CAN模块连接上位机中的INCA标定系统，完成最小系统与INCA标定系统之间的通讯。
特别地，所述电源模块采用12V、24V供电输入，采用LM2940CT-5.0稳压芯片获得5V电压给最小系统模块供电，采用AMS1117-3.0稳压芯片获得3.3V电压给热电偶模块供电。
特别地，所述最小系统模块包括微处理器芯片、晶振时钟电路、复位电路及BDM接口电路，晶振时钟电路、复位电路、BDM接口电路连接微处理器芯片。
特别地，所述微处理器芯片选用型号为MC9S12XS128MAL的飞思卡尔16位微控制器。
特别地，所述热电偶模块包括带冷端补偿的数字转换器和滤波电路；所述带冷端补偿的数字转换器连接微处理器芯片的SPI引脚。
特别地，所述热电偶包括16个带冷端补偿的数字转换器，16个带冷端补偿的数字转换器对应连接16个热电偶温度计；所述带冷端补偿的数字转换器均选用型号为MAX31855的带冷端补偿的数字转换器。
特别地，所述模拟信号模块包括AD模块和分压模块；所述AD模块集成在微处理器芯片中，12路模拟信号输入直接连接AD模块，4路模拟信号输入通过分压模块处理后输出给AD模块。
特别地，所述CAN模块集成在微处理器芯片中，通讯连接上位机中的INCA标定系统。
本发明提出的多路热电偶温度和模拟信号采集仪能够完成多路热电偶温度和模拟信号的采集，而且成本低，使用方便，显著降低了标定成本，提高了标定效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多路热电偶温度和模拟信号采集仪结构图；
图2A、2B为本发明实施例提供的电源模块电路结构示意图；
图3A、3B为本发明实施例提供的热电偶模块电路结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的多路热电偶温度和模拟信号采集仪结构图。
本实施例中多路热电偶温度和模拟信号采集仪100具体包括电源模块101、最小系统模块102、热电偶模块103、模拟信号模块以及CAN模块104；所述电源模块101与最小系统模块102连接；所述热电偶模块103的一端连接热电偶温度计105，另一端连接最小系统模块102；所述模拟信号模块连接最小系统模块102；所述CAN模块104连接上位机中的INCA标定系统106，完成最小系统与INCA标定系统106之间的通讯。
在本实施例中，如图2A、2B所示，所述电源模块101采用12V、24V供电输入，采用LM2940CT-5.0稳压芯片获得5V电压给最小系统模块102供电，采用AMS1117-3.0稳压芯片获得3.3V电压给热电偶模块103供电，周围的电容起滤波作用。
作为多路热电偶温度和模拟信号采集仪100的核心模块，最小系统模块102承担着信号的采集、处理和通信任务；所述最小系统模块102包括微处理器芯片、晶振时钟电路、复位电路及BDM接口电路，晶振时钟电路、复位电路、BDM接口电路连接微处理器芯片。在本实施例中所述微处理器芯片选用型号为MC9S12XS128MAL的飞思卡尔16位微控制器。型号为MC9S12XS128MAL的飞思卡尔16位微控制器具有128k Flash，总线时钟可达40MHz；丰富的I/O口资源，支持SCI、SPI及最高1Mbps速率的CAN通信；且自带的AD模块107具有16路通道，8、10或12位转换精度，10位精度的单次转换时间仅为3us。故采用型号为MC9S12XS128MAL的飞思卡尔16位微控制器完全能满足多路热电偶温度和模拟信号采集仪100的采样需求。
如图3A、3B所示，所述热电偶模块103包括带冷端补偿的数字转换器和滤波电路；所述带冷端补偿的数字转换器连接微处理器芯片的SPI引脚。在本实施例中所述热电偶包括16个带冷端补偿的数字转换器，16个带冷端补偿的数字转换器对应连接16个热电偶温度计105。所述带冷端补偿的数字转换器均选用型号为MAX31855的带冷端补偿的数字转换器，片选引脚CS由微处理器芯片的IO口控制。由于微处理器芯片的高低电平与型号为MAX31855的带冷端补偿的数字转换器的高低电平不兼容，故在微处理器芯片的SPI时钟CLK引脚和MIDO引脚上连上二极管后，再上拉电阻。在实验中一般采用的是K型热电偶，其温度范围为-200℃～+700℃。型号为MAX31855的带冷端补偿的数字转换器，其为冷端补偿热电偶至数字输出转换器，可采用3.3V供电，将热电偶信号转换为14位带符号数据、通过SPI兼容接口、以只读格式输出；转换器的温度分辨率为0.25℃，最低温度读数-270℃，最高温度读数+1800℃；此外还能检测热电偶对地或电源正极短路以及热电偶的开路。
所述模拟信号模块包括AD模块107和分压模块108；所述AD模块107集成在微处理器芯片中，12路模拟信号输入直接连接AD模块107，4路模拟信号输入通过分压模块108处理后输出给AD模块107，模拟信号通过模拟信号输入端109输入给模拟信号模块。型号为MC9S12XS128MAL的飞思卡尔16位微控制器支持16模拟信号输入，信号输入范围是0—5V；为能采集0—10V的电压，留4路信号通过精密电阻串联分压后，再接入模拟通道。为避免信号值在引脚未接入时因悬空而跳动，通过电阻接地。AD转换采用10位，即精度为5V/1024＝0.0049V。
所述CAN模块104集成在微处理器芯片中，通讯连接上位机中的INCA标定系统106。型号为MC9S12XS128MAL的飞思卡尔16位微控制器集成有CAN模块104，支持CAN2.0B协议，通过CAN收发器及并联120欧的电阻，构成CAN模块104硬件电路。
本发明的技术方案能够完成多路热电偶温度和模拟信号的采集，而且成本低，使用方便，显著降低了标定成本，提高了标定效率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多路热电偶温度和模拟信号采集仪，其特征在于，包括电源模块、最小系统模块、热电偶模块、模拟信号模块以及CAN模块；所述电源模块与最小系统模块连接；所述热电偶模块的一端连接热电偶温度计，另一端连接最小系统模块；所述模拟信号模块连接最小系统模块；所述CAN模块连接上位机中的INCA标定系统，完成最小系统与INCA标定系统之间的通讯。
2.根据权利要求1所述的多路热电偶温度和模拟信号采集仪，其特征在于，所述电源模块采用12V、24V供电输入，采用LM2940CT-5.0稳压芯片获得5V电压给最小系统模块供电，采用AMS1117-3.0稳压芯片获得3.3V电压给热电偶模块供电。
3.根据权利要求1所述的多路热电偶温度和模拟信号采集仪，其特征在于，所述最小系统模块包括微处理器芯片、晶振时钟电路、复位电路及BDM接口电路，晶振时钟电路、复位电路、BDM接口电路连接微处理器芯片。
4.根据权利要求3所述的多路热电偶温度和模拟信号采集仪，其特征在于，所述微处理器芯片选用型号为MC9S12XS128MAL的飞思卡尔16位微控制器。
5.根据权利要求4所述的多路热电偶温度和模拟信号采集仪，其特征在于，所述热电偶模块包括带冷端补偿的数字转换器和滤波电路；所述带冷端补偿的数字转换器连接微处理器芯片的SPI引脚。
6.根据权利要求5所述的多路热电偶温度和模拟信号采集仪，其特征在于，所述热电偶包括16个带冷端补偿的数字转换器，16个带冷端补偿的数字转换器对应连接16个热电偶温度计；所述带冷端补偿的数字转换器均选用型号为MAX31855的带冷端补偿的数字转换器。
7.根据权利要求6所述的多路热电偶温度和模拟信号采集仪，其特征在于，所述模拟信号模块包括AD模块和分压模块；所述AD模块集成在微处理器芯片中，12路模拟信号输入直接连接AD模块，4路模拟信号输入通过分压模块处理后输出给AD模块。
8.根据权利要求7所述的多路热电偶温度和模拟信号采集仪，其特征在于，所述CAN模块集成在微处理器芯片中，通讯连接上位机中的INCA标定系统。
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