CN106595892A - 一种多通道集成温度变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多通道集成温度变换器，包括电源模块、微控制器、A/D转换模块、冷端补偿模块、通道选择模块、信号放大模块、基准电压模块、通信控制模块。本发明能够对多路温度传感器的输出信号进行采集变换，精度高、实时性好、可配置数字化输出，能够保证数据的远距离传输以及数据的完整性，集成度高，有效减小多个传感器单独采集导致的系统的空间和质量占用多，克服多个传感器单独采集时各模块间耦合困难。能够有效解决飞行器飞行期间多个温度点进行监测难的问题。

Description

一种多通道集成温度变换器
技术领域
本发明属于航天传感器领域，具体涉及一种用于多路K型热电偶温度传感器信号采集、变换的一种多通道集成温度变换器。
背景技术
在新型航天飞行器研制过程中，飞行器各结构部件在工作中将要承受恶劣的工作环境，如高温、强氧化以及强振动、强风阻等复杂力学载荷的环境。耐高温是飞行器结构部件材料选择的一项重要指标。只有明确了飞行器飞行期间各部位实际需要耐受的高温，才能选择合适的材料。通过试验获得飞行状态下飞行器各部位实际承受高温就成为解决问题的关键。但是由于飞行器一般结构较大，各部位、各时间所承受高温状况不尽相同，因此对每个部位都需要进行实时测量，需要测量的数量较大。
而一般的温度采集装置其测量通道较少、如果采用需要占用大量飞行器空间以及载重质量。而且各温度采集装置之间的协调以及通信都需要占用较大资源。这就使得研制高精度、高频率、多路温度采集变换的多通道集成温度变换器具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出的一种对多路温度传感器信号采集的多通道集成温度变换器，其优点为多通道采集、高精度、实时性好、集成度高。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种多通道集成温度变换器，包括电源模块(1)、微控制器(2)、A/D转换模块(3)、冷端补偿模块(4)、通道选择模块(5)、信号放大模块(6)、基准电压模块(7)、通信控制模块(8)，电源模块(1)负责给变换器各模块提供工作电源；通道选择模块(5)输入端接多路温度传感器，通道选择模块(5)的控制端接入微控制器(2)，通道选择模块(5)的输出端接入信号放大模块(6)输入端，基准电压模块(7)输出端连接信号放大模块(6)，信号放大模块(6)输出的信号接入A/D转换模块(3)的一个通道，冷端补偿模块(4)信号接入A/D转换模块(3)的一个通道，A/D转换模块(3)与微控制器(2)采用SPI总线进行通信，微控制器(2)通过通信控制模块(8)输出数字化温度数据。
所述电源模块(1)的功能为电压隔离、大电压冲击保护、提供工作电压，包括开关电源和线性电源芯片两部分。
所述微控制器(2)采用工业级单片机或数字信号处理器(DSP)。
所述通道选择模块(5)用于选通特定通道温度信号接入微控制器(2)，选择多通道双路电子模拟开关芯片，该芯片可根据微控制器(2)输出的控制信号，将输出端与特定输入通道连通，且具有端口使能控制功能。
所述信号放大模块(6)放大温度传感器输入的微伏级信号，选用高倍率仪表放大器芯片，由电源模块(1)提供电源，由基准电压模块(7)提供基准电压，使得放大器输出端电压始终为正向电压，保护后级电路。
所述A/D转换模块(3)采用多通道、高频率A/D转换芯片，与微控制器(2)之间采用SPI总线进行通信，可由微控制器(2)控制A/D转换参数；
冷端补偿模块(4)使用绝对式的温度测量芯片，放置在温度传感器信号接入端附近，以绝对式测温芯片采集值作为冷端补偿信号。
所述通信控制模块(8)作用为将采集变换温度以数字化的方式输出，采用RS-485接口芯片。
通信控制模块(8)输出温度数据，模式有两种，其一是应答式输出，即由上位程序或者远端控制器发送数据请求指令，集成温度变换器响应指令发送温度数据；其二为周期式输出，可配置输出频率，按照配置的频率周期性输出温度数据。
通信控制模块(8)输出温度数据，输出温度数据为16位二进制值，16位二进制值与温度传感器测量温度之间满足线性关系，即
T＝k*D+b
其中T表示温度传感器所测温度；
D表示16位二进制值；
K、b为常数，表征D、T之间的映射关系，具体值与信号放大模块(6)和基准电压模块(7)的参数有关。
本发明的优点和积极效果是：
本发明多通道集成温度变换器，能够对多路温度传感器的输出信号进行采集变换；精度高、实时性好、可配置数字化输出；能够保证数据的远距离传输以及数据的完整性；集成度高，有效减小多个传感器单独采集导致的系统的空间和质量占用多；克服多个传感器单独采集时各模块间耦合困难。能够有效解决飞行器飞行期间多个温度点进行监测难的问题。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的数据流和电流框图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步说明：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是有本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
一种多通道集成温度变换器，如图1所示，系统包括电源模块1、微控制器2、A/D转换模块3、冷端补偿模块4、通道选择模块5、信号放大模块6、基准电压模块7、通信控制模块8。结构上，通道选择模块5输入端接入温度传感器，通道选择模块5的控制端接入微控制器2；通道选择模块5的输出端接入信号放大模块6输入端，基准电压模块7输出端连接信号放大模块6，信号放大模块6输出的信号接入A/D转换模块3的一个通道，冷端补偿模块4信号接入A/D转换模块3的一个通道，A/D转换模块3与微控制器2采用SPI总线进行通信，微控制器2通过通信控制模块8输出数字化温度数据。
本发明的具体实施中，温度传感器为K型热电偶传感器，输出信号为电压信号，测温范围为-50～1000℃；
本发明的具体实施中，本多通道集成温度变换器可同时采集变换32路温度传感器信号。
本发明的具体实施中，电源模块1的功能为电压隔离、提供工作电压、大电压冲击保护等。包括开关电源和线性电源芯片，开关电源可耐受宽幅输入电压、可耐受冲击，输出稳定，输入电源与内部电源隔离；开关电源芯片可提供精确的电压，电压稳定且功率耗较低。开关电源芯片选择MHF+2812D，其输入电压范围为16V-48V，能够进行电压隔离，输出±12V电压，线性电源芯片选择LT1763，可将电压转换为5V电压。
本发明的具体实施中，所述微控制器2为系统逻辑控制单元，用于对32路温度传感器信号的循环控制选通；所述微控制器2为系统数据缓存区，用于对32路温度传感器数据的缓存以及运行数据缓存；所述微控制器2为系统数据处理单元，用于对32路温度数据进行冷端补偿校准；所述微控制器2为通信控制，用于将32路温度数据按照时序进行输出。所述微控制器模块2采用工业级单片机或数字信号处理器(DSP)，具体采用的是单片机C8051F530。
本发明的具体实施中，所述通道选择模块5用于选通特定通道温度信号接入微控制器，本系统选择多通道双路模拟开关芯片，该芯片可根据微控制器输出的控制信号，将输出端与特定输入通道连通，且具有端口使能控制功能；采用4块电子模拟开关芯片ADG507，该芯片为8通道双路电子开关，切换频率为70MHz。
本发明的具体实施中，信号放大模块6作用为放大温度传感器输入的微伏级信号，系统选用高倍率仪表放大器芯片，采用双电源供电，参考电压由基准电压模块7提供，使得放大器输出端电压始终为正向电压，保护后级电路。具体采用的是AD8221放大器，可配置放大倍数达200倍，采用双电源±12V供电，参考电压为1.2V
本发明的具体实施中，基准电压模块7为基准电压芯片ADR820，可输出1.2V基准电压。
本发明的具体实施中，A/D转换模块3用于将模拟信号转换为数字量信号，采用多通道高频率A/D转换芯片，与微控制器2之间采用SPI总线进行通信，可由微控制器2控制A/D转换参数；具体采用的是AD7699芯片，该芯片为8通道16位模数转换芯片，转换精度可达0.01％以上，转换速率500KSPS
本发明的具体实施中，A/D转换模块3与微控制器模块2的通信总线为SPI总线，微控制器2为主端，SPI为从端。
本发明的具体实施中，通信控制模块8作用为将采集变换温度以数字化的方式输出，接口芯片具体选用MAX1487，该芯片为半双工RS-485芯片，通信速率可达3Mbps。
所述冷端补偿模块4的作用为补偿温度传感器由于本身原理引起的误差。具体为由于K型热电偶式温度传感器(以下简称温度传感器)为相对式测温原理，即国家标准的热电偶分度表为温度传感器冷端为0℃的情况下的电压，而在实际应用中，温度传感器冷端的温度是不为零的，因此会导致温度传感器中热电偶电势差的减少或增加，导致误差较大。由于温度传感器中热电偶的热电势满足公式
EAB(T,0)＝EAB(T,Tn)+EAB(Tn,0)
上式的意义为，热电偶热端相对于0℃的热电动势等于热电偶热端相对于冷端的电动势与冷端相对于0℃的电动势之和。因此冷端补偿的方法为测出温度传感器冷端实际的温度，然后求出该温度对应的分度表电压值，与温度传感器电压之和即为实际温度对应的电压。因此冷端补偿使用绝对式的温度测量芯片，放置温度传感器冷端附近，以绝对式测温芯片采集值作为冷端补偿信号。
本发明的具体实施中，微控制器2控制双路电子模拟开关依次选通1-32路温度传感器信号输入到信号放大模块6；信号经过放大后输入A/D转换模块3，A/D转换模块3将模拟信号转换为数字量数据；然后通过SPI总线传输入微控制器2；微控制器2缓存这些温度信息，根据冷端补偿模块4信号对数据进行补偿校准；最后将缓存的数据打包，通过通信控制模块8发送至上位机或者远端控制器，完成多路温度信号的采集变换。
所述多通道集成温度变换器输出模式有两种，其一是应答式输出，即由上位程序或者远端控制器发送数据请求指令，集成温度变换器响应指令发送温度数据；其二为均匀输出，可配置输出频率，按照配置的频率周期性输出温度数据。
所述集成温度变换输出数据为16位二进制值，16位二进制值与温度传感器测量温度之间满足线性关系，即
T＝k*D+b
其中T表示温度传感器所测温度；
D表示16位二进制值；
K、b为常数，表征D、T之间的映射关系，具体值与信号放大模块6和基准电压模块7的参数有关。
所述多通道集成温度变换输出数据为16位二进制值，16位二进制值与温度传感器测量温度之间满足线性关系，即
T＝D/60-50
其中T表示温度传感器所测温度；
D表示16位二进制值。

Claims (10)

1.一种多通道集成温度变换器，包括电源模块(1)、微控制器(2)、A/D转换模块(3)、冷端补偿模块(4)、通道选择模块(5)、信号放大模块(6)、基准电压模块(7)、通信控制模块(8)，其特征在于：电源模块(1)负责给变换器各模块提供工作电源；通道选择模块(5)输入端接多路温度传感器，通道选择模块(5)的控制端接入微控制器(2)，通道选择模块(5)的输出端接入信号放大模块(6)输入端，基准电压模块(7)输出端连接信号放大模块(6)，信号放大模块(6)输出的信号接入A/D转换模块(3)的一个通道，冷端补偿模块(4)信号接入A/D转换模块(3)的一个通道，A/D转换模块(3)与微控制器(2)采用SPI总线进行通信，微控制器(2)通过通信控制模块(8)输出数字化温度数据。
2.根据权利要求1所述的一种多通道集成温度变换器，其特征在于：所述电源模块(1)的功能为电压隔离、大电压冲击保护、提供工作电压，包括开关电源和线性电源芯片两部分。
3.根据权利要求1所述的一种多通道集成温度变换器，其特征在于：所述微控制器(2)采用工业级单片机或数字信号处理器(DSP)。
4.根据权利要求1所述的一种多通道集成温度变换器，其特征在于：所述通道选择模块(5)用于选通特定通道温度信号接入微控制器(2)，选择多通道双路电子模拟开关芯片，该芯片可根据微控制器(2)输出的控制信号，将输出端与特定输入通道连通，且具有端 口使能控制功能。
5.根据权利要求1所述的一种多通道集成温度变换器，其特征在于：所述信号放大模块(6)放大温度传感器输入的微伏级信号，选用高倍率仪表放大器芯片，由电源模块(1)提供电源，由基准电压模块(7)提供基准电压，使得放大器输出端电压始终为正向电压，保护后级电路。
6.根据权利要求1所述的一种多通道集成温度变换器，其特征在于：所述A/D转换模块(3)采用多通道、高频率A/D转换芯片，与微控制器(2)之间采用SPI总线进行通信，可由微控制器(2)控制A/D转换参数。
7.根据权利要求1所述的一种多通道集成温度变换器，其特征在于：冷端补偿模块(4)使用绝对式的温度测量芯片，放置在温度传感器信号接入端附近，以绝对式测温芯片采集值作为冷端补偿信号。
8.根据权利要求1所述的一种多通道集成温度变换器，其特征在于：所述通信控制模块(8)作用为将采集变换温度以数字化的方式输出，采用RS-485接口芯片。
9.根据权利要求8所述的一种多通道集成温度变换器，其特征在于：通信控制模块(8)输出温度数据，模式有两种，其一是应答式输出，即由上位程序或者远端控制器发送数据请求指令，集成温度变换器响应指令发送温度数据；其二为周期式输出，可配置输出频率，按照配置的频率周期性输出温度数据。
10.根据权利要求1所述的一种多通道集成温度变换器，其特征在于：通信控制模块(8)输出温度数据，输出温度数据为16位二进制值，16位二进制值与温度传感器测量温度之间满足线性关系，即T＝k*D+b
其中T表示温度传感器所测温度；
D表示16位二进制值；
K、b为常数，表征D、T之间的映射关系，具体值与信号放大模块(6)和基准电压模块(7)的参数有关。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107941380A (zh) * 2017-12-18 2018-04-20 天津市计量监督检测科学研究院 一种聚合酶链式反应分析仪多通道温度校准装置
CN107990994A (zh) * 2017-11-09 2018-05-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种多路铂电阻测温电路及方法
CN108036872A (zh) * 2017-11-23 2018-05-15 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种多通道高精度温度采集方法
CN108303191A (zh) * 2018-01-29 2018-07-20 湖北汽车工业学院 多通道温度采集装置及系统
CN109459151A (zh) * 2018-12-06 2019-03-12 南京信息工程大学 一种低温背景下海量温度点在线监测装置与方法
CN110926645A (zh) * 2019-12-19 2020-03-27 深圳市中新力电子科技有限公司 一种大数据监测多路温度采集电路
CN111147046A (zh) * 2019-12-23 2020-05-12 陕西电器研究所 一种继电器阵列控制装置及方法
CN111584956A (zh) * 2020-05-13 2020-08-25 东莞新能安科技有限公司 温度采集电路、电池控制电路、电池管理系统及电池包

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002018961A2 (en) * 2000-08-29 2002-03-07 Delta Design, Inc. Controlling of the temperature of a dut using external current sensors
CN2783289Y (zh) * 2004-12-29 2006-05-24 中国科学院空间科学与应用研究中心 适用于航空航天系统中的多通道温度采集系统
CN201331393Y (zh) * 2009-01-09 2009-10-21 长安大学 一种基于无线传输的制动鼓温度测量装置
CN202255665U (zh) * 2011-09-29 2012-05-30 江苏中科君达电子科技有限公司 一种新型热电偶测温模块
CN202614406U (zh) * 2012-05-11 2012-12-19 南京财经大学 一种热电偶温度变送器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002018961A2 (en) * 2000-08-29 2002-03-07 Delta Design, Inc. Controlling of the temperature of a dut using external current sensors
CN2783289Y (zh) * 2004-12-29 2006-05-24 中国科学院空间科学与应用研究中心 适用于航空航天系统中的多通道温度采集系统
CN201331393Y (zh) * 2009-01-09 2009-10-21 长安大学 一种基于无线传输的制动鼓温度测量装置
CN202255665U (zh) * 2011-09-29 2012-05-30 江苏中科君达电子科技有限公司 一种新型热电偶测温模块
CN202614406U (zh) * 2012-05-11 2012-12-19 南京财经大学 一种热电偶温度变送器

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107990994A (zh) * 2017-11-09 2018-05-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种多路铂电阻测温电路及方法
CN108036872A (zh) * 2017-11-23 2018-05-15 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 一种多通道高精度温度采集方法
CN107941380A (zh) * 2017-12-18 2018-04-20 天津市计量监督检测科学研究院 一种聚合酶链式反应分析仪多通道温度校准装置
CN108303191A (zh) * 2018-01-29 2018-07-20 湖北汽车工业学院 多通道温度采集装置及系统
CN109459151A (zh) * 2018-12-06 2019-03-12 南京信息工程大学 一种低温背景下海量温度点在线监测装置与方法
CN109459151B (zh) * 2018-12-06 2024-02-20 南京信息工程大学 一种低温背景下海量温度点在线监测装置与方法
CN110926645A (zh) * 2019-12-19 2020-03-27 深圳市中新力电子科技有限公司 一种大数据监测多路温度采集电路
CN111147046A (zh) * 2019-12-23 2020-05-12 陕西电器研究所 一种继电器阵列控制装置及方法
CN111147046B (zh) * 2019-12-23 2023-02-28 陕西电器研究所 一种继电器阵列控制装置及方法
CN111584956A (zh) * 2020-05-13 2020-08-25 东莞新能安科技有限公司 温度采集电路、电池控制电路、电池管理系统及电池包

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