CN109916530B - 一种温度监测仪 - Google Patents

Abstract

一种温度监测仪，属于温度监测技术领域。温度监测仪包括多通道线性可调温度测量单元、数据处理与主控单元、人机交互单元、模拟与数字隔离单元、温度报警与数据采集单元；数据处理与主控单元分别与模拟与数字隔离单元、人机交互单元、报警与数据采集单元连接；多通道线性可调温度测量单元经模拟与数字隔离单元连接温度报警与数据采集单元；多通道线性可调温度测量单元将温度采样值转化为模拟信号并经模拟与数字隔离单元送入温度报警与数据采集单元，报警信号和温度取样数字信号输入数据处理与主控单元并通过人机交互单元显示；数据处理与主控单元与上游控制监控系统双向通信。本发明用于温度测量元件工程安装质量检测、温度就地检测和远程监测。

Description

一种温度监测仪

技术领域

本发明属于温度监测技术领域，具体涉及一种温度监测仪，可用于温度测量元件工程安装质量检测、温度就地检测和远程监测领域，可加速安装质量问题的发现及处理，而且该装置还可作为远程监控设备和报警装置。

背景技术

工业控制领域中，对温度的监测是必不可少的。如果温度测量元件安装完成后可以立刻在线检测，则可方便地检测温度测量元件的功能和性能参数指标以及其安装质量。为此，急需一款温度监测仪，既可以作为在线检测装置，又可作为温度就地监测装置，同时也可作为远程监测装置，而且系统可以方便升级，以最大限度地满足实际应用中的不同需求。

发明专利申请CN201410217215.9公开了一种基于DS18B20温度传感器的远距离测温装置，并具体公开了装置包括单片机、电容、电阻、晶振和温度传感器，温度传感器的1脚接地，温度传感器的2脚连接至单片机的P0.2口，温度传感器的3脚接+5V，温度传感器的2脚和3脚之间连接上拉电阻，所述上拉电阻靠近温度传感器。该发明能用于非极限温度场合的温度检测，而无法针对工程应用中温度测量元件安装完成后，在线检测安装质量，就地监测温度，并远程监测报警。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种低功耗便携隔离式多通道线性度可调温度监测仪，可实现对温度测量元件的性能参数在线检测，同时又可与温度元件一起构成温度就地检测和远程监测装置，将监控数据上传给上游监测系统，实现就地和远程人机交互。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供一种温度监测仪，包括多通道线性可调温度测量单元、数据处理与主控单元、人机交互单元、模拟与数字隔离单元、温度报警与数据采集单元；所述数据处理与主控单元分别与所述模拟与数字隔离单元、所述人机交互单元、所述报警与数据采集单元连接；所述多通道线性可调温度测量单元经所述模拟与数字隔离单元连接所述温度报警与数据采集单元；所述多通道线性可调温度测量单元将采样的温度采样值转化为模拟信号并将模拟信号输入所述模拟与数字隔离单元，之后经所述温度报警与数据采集单元形成温度报警信号和温度取样数字信号，所述报警信号和所述温度取样数字信号输入所述数据处理与主控单元分别进行报警和分段线性计算，所述数据处理与主控单元将温度值和报警状态通过所述人机交互单元显示；所述数据处理与主控单元经所述模拟与数字隔离单元发送数字电位计调节控制信号和多通道选择控制信号给所述多通道线性可调温度测量单元；所述数据处理与主控单元能与上游控制监控系统双向通信。

本发明在选通通道后将对应通道的温度敏感元件连接入恒流源电阻取样电路，经所述温度报警与数据采集单元形成温度报警信号和形成温度取样数字信号。通过温度报警信号报警，温度取样数字信号送入所述数据处理与主控单元进行分段线性计算。该发明能将监测数据发送给上游控制监控系统，以供远端监控。

作为优选，所述多通道线性可调温度测量单元包括多个温度敏感元件、恒流源电阻取样电路、多通道切换电路、电阻分压限流滤波电路；所述多通道切换电路用于选择接入温度敏感元件的通道，将温度敏感元件串入所述恒流源电阻取样电路，所述恒流源电阻取样电路将温度信号转换为电压信号并输入至所述电阻分压限流滤波电路。

作为优选，所述温度敏感元件为PT100铂电阻或RTD热电阻或TC热电偶或NTC电阻。

作为优选，所述恒流源电阻取样电路包括数字电位计、运算放大器、电压基准芯片；所述数字电位计连接在所述运算放大器的负输入端与地之间，所述电压基准芯片的输出与所述运算放大器的正输入端连接；所述运算放大器的输出端连接所述电阻分压限流滤波电路。

作为优选，所述电阻分压限流滤波电路由π型电阻网络和一阶RC滤波网络构成。

作为优选，所述数据处理与主控单元包括由DSP和ARM集成的双处理芯片及其外围电路。

作为优选，所述模拟与数字隔离单元包括模拟隔离电路、数字隔离电路；所述模拟隔离电路连接于所述多通道线性可调温度测量单元和所述温度报警与数据采集单元之间，所述数字隔离电路连接于所述多通道线性可调温度测量单元和所述数据处理与主控单元之间。

模拟隔离电路隔离温度取样电信号与A/D转换电路的直接联系，以避免温度报警与数据采集单元在外界强干扰下不受影响或不被损坏，同时该隔离电路还有调理模拟信号的作用。数字隔离电路隔离数字电位计调节、多通道选择的控制信号同数据处理与主控单元的直接联系，达到保护主控芯片的作用。

作为优选，所述温度报警与数据采集单元包括比较器、AD转换芯片、报警装置；所述模拟与数字隔离单元输出的模拟信号分别输入所述比较器和所述AD转换芯片；所述比较器输出温度报警信号给所述报警装置；所述AD转换芯片输出温度取样数字信号给所述数据处理与主控单元。

作为优选，所述人机交互单元包括采用点阵式双图层混合显示液晶屏的液晶模块。

作为优选，所述数据处理与主控单元包括多个能与所述上游控制监控系统通信的通信接口，所述通信接口包括光纤接口、以太网接口、RS485接口。

本发明具有以下有益效果：

本发明一种温度监测仪，用于温度测量元件工程安装质量检测、温度就地检测和远程监测。本发明的整体设计以及各个功能单元和设计布局，既确保测量数据的精确性与时效性，又满足了数据管理、信号监控以及人际交互的功能要求，同时充分考虑EMC和ESD的设计要求，合理高效地利用软硬件资源，并通过恒流源检测和线性度可调，实现多个通道的温度测量元件的工程安装质量检测以及温度检测与监测。

附图说明

图1为本发明一种温度监测仪的原理框图；

图2为本发明一种温度监测仪的电路图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1，一种温度监测仪包括多通道线性可调温度测量单元、数据处理与主控单元、人机交互单元、模拟与数字隔离单元、温度报警与数据采集单元。所述数据处理与主控单元分别与所述模拟与数字隔离单元、所述人机交互单元、所述报警与数据采集单元连接。所述多通道线性可调温度测量单元经所述模拟与数字隔离单元连接所述温度报警与数据采集单元。所述多通道线性可调温度测量单元将采样的温度电阻值转化为模拟信号并将模拟信号输入所述模拟与数字隔离单元，之后经所述温度报警与数据采集单元形成温度报警信号和温度取样数字信号。温度报警与数据采集单元根据温度报警信号报警，还将报警信号输入所述数据处理与主控单元进行在线报警。温度报警与数据采集单元将所述温度取样数字信号输入所述数据处理与主控单元，所述数据处理与主控单元根据温度取样数字信号进行分段线性计算。最终，所述数据处理与主控单元将温度值和报警状态通过所述人机交互单元显示。另外，所述数据处理与主控单元经所述模拟与数字隔离单元发送数字电位计调节控制信号和多通道选择控制信号给所述多通道线性可调温度测量单元。所述多通道线性可调温度测量单元根据数字电位计调节控制信号调节电位计，并根据多通道选择控制信号选通连接温度敏感元件的通道。所述数据处理与主控单元能与上游控制监控系统双向通信，将监测数据上报给上游控制监控系统。

所述数据处理与主控单元包括由DSP和ARM集成的双处理芯片10及其外围电路。该芯片采用浮点型DSP和32bit指令RISC MPU集成芯片OMAP L138,其中DSP和ARM内核分别为TMS320C674X和ARM926EJ-S。该双处理芯片是温度监测仪的控制与数显的核心部件，其中DSP负责执行控制算法、数据分析、图像处理、通道选择、信号控制等任务，而ARM则对数据作分类管理，同时实现显示菜单功能和报警高能，并上传数据给上游控制监测系统。该单元的集成双处理器芯片硬件资源丰富，方便通道的扩充和监测仪的功能升级。

所述多通道线性可调温度测量单元包括多个温度敏感元件、恒流源电阻取样电路、多通道切换电路、电阻分压限流滤波电路。所述温度敏感元件可以为PT100铂电阻或RTD热电阻或TC热电偶或NTC电阻或其他温度敏感元件。所述多通道切换电路用于选择接入温度敏感元件的通道，将温度敏感元件串入所述恒流源电阻取样电路，所述恒流源电阻取样电路将温度信号转换为电压信号并输入至所述电阻分压限流滤波电路。所述电阻分压限流滤波电路将电压信号调理至隔离芯片输入电压范围，并滤除电路谐波信号。各通道温度信号均需通过所述恒流源电阻取样电路进行信号调理转换为电信号，利用温度敏感元件的温度与阻值之间的换算关系，采用恒流源电阻取样电路取样电阻值并将阻值转换为对应的电压值。由于温度测量元件的温度与阻值的线性区域与恒流源运放的线性区域是变化的，因此该单元的恒流值被设计为可调节的，从而可通过软件修正监测仪的线性度。

参照图2，所述恒流源电阻取样电路包括数字电位计2、运算放大器3、电压基准芯片4。所述数字电位计2连接在所述运算放大器3的负输入端与地之间，所述电压基准芯片4的输出与所述运算放大器3的正输入端连接。所述运算放大器3的输出端连接所述电阻分压限流滤波电路5。所述运算放大器可采用高精度低偏置电压低功耗运放AD8603，所述数字电位计可以采用AD5272电位计,所述电压基准芯片4可以采用AD780BR芯片。所述电阻分压限流滤波电路由π型电阻网络和一阶RC滤波网络构成。所述多通道切换电路包括多通道选通芯片及其外围电路。所述多通道选通芯片8可以采用TS5A3359芯片。

所述模拟与数字隔离单元包括模拟隔离电路、数字隔离电路。所述模拟隔离电路连接于所述多通道线性可调温度测量单元和所述温度报警与数据采集单元之间。如图2，所述电阻分压限流滤波电路的输出端连接所述模拟隔离电路。所述模拟隔离电路包括模拟隔离芯片及其外围电路，所述模拟隔离芯片9采用高精度隔离运放芯片ADM1200。所述温度报警与数据采集单元包括比较器6、AD转换芯片7、报警装置。所述模拟隔离电路输出的模拟信号分别输入所述比较器6和所述AD转换芯片7。当比较器检测被测对象的温度超出警戒范围，所述比较器6输出温度报警信号给所述报警装置，所述比较器可采用LM393比较器，所述AD转换芯片可采用16bit高信噪比芯片AD677。所述报警装置包括LED报警灯和蜂鸣器，可采用声光报警。所述温度报警信号还由所述比较器6发送给所述数据处理与主控单元，进行在线报警。所述AD转换芯片输出温度取样数字信号给所述数据处理与主控单元。所述数字隔离电路连接于所述多通道线性可调温度测量单元和所述数据处理与主控单元之间。如图2，所述多通道线性可调温度测量单元中的所述电位计和所述多通道切换电路分别进所述数字隔离电路连接所述数据处理与主控单元。所述数字隔离电路包括数字隔离芯片及其外围电路，所述数字隔离芯片11可采用AduM1400芯片。本发明采用上述隔离后，使取样电路与主要芯片之间形成一定的隔离带，以增强线路的EMC和EMI性能，避免主要芯片因静电或瞬态高压而损坏，同时也可以防止装置内高频信号对外部线路和设备的影响，其中模拟隔离芯片兼具信号调理功能。

所述人机交互单元包括采用点阵式双图层混合显示液晶屏的液晶模块，如分辨率为320*240的点阵式双图层混合显示液晶屏。所述人机交互单元与所述数据处理与主控单元连接，用于显示设定时点的温度数据、曲线图和报警记录，同时指示当前温度报警状态，通过按键可以对液晶显示的菜单进行操作，实现友好人机界面。

所述数据处理与主控单元还包括多个能与所述上游控制监控系统通信的通信接口，所述通信接口包括光纤接口、以太网接口、RS485接口。所述数据处理与主控单元还包括IIC接口，用于与数字隔离芯片相连，IIC信号隔离后接入数字电位计，作为控制电位计电阻输出值的信号。所述数据处理与主控单元还包括两个IO口，用于与数字隔离芯片相连，IO口输出信号隔离后接入多通道选通芯片的输入控制口，选择当前测试通道。所述数据处理与主控单元具备数据存储系统，用于程序的加载、程序的运行和数据的掉电与在线存储。

依据图2详细说明温度监测仪的工作原理：温度敏感元件1通过多通道选通芯片8接入恒流源电阻取样电路，并作为电路的反馈电阻。所述数字电位计2连接在所述运算放大器3的负输入端与地之间，用于调节恒定电流值，确保运放工作在线性放大区，同时综合考虑温度敏感元件1的线性特性，分段设置电流值，达到最佳的采样线性度。所述电压基准芯片4的输出与所述运算放大器3的正输入端连接，作为恒流源电阻取样电路的基准电压。运算放大器3的输出端连接到电阻网络，经分压滤波后接入模拟隔离芯片9，以对电磁干扰形成高阻态，同时将信号放大8倍。隔离后的模拟信号分别输入比较器6和AD转换芯片7。输入比较器形成温度报警信号，比较器输出的信号接入LED报警灯、蜂鸣器和双处理芯片10的IO端口，实现不同的报警信号和目的。输入AD转换芯片7完成数模转换，转换完的信号输入双处理芯片10，对温度信号做算法处理。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (8)

1.一种温度监测仪，其特征在于，包括多通道线性可调温度测量单元、数据处理与主控单元、人机交互单元、模拟与数字隔离单元、温度报警与数据采集单元；所述数据处理与主控单元分别与所述模拟与数字隔离单元、所述人机交互单元、所述报警与数据采集单元连接；所述多通道线性可调温度测量单元经所述模拟与数字隔离单元连接所述温度报警与数据采集单元；所述多通道线性可调温度测量单元将采样的温度采样值转化为模拟信号并将模拟信号输入所述模拟与数字隔离单元，之后经所述温度报警与数据采集单元形成温度报警信号和温度取样数字信号，所述报警信号和所述温度取样数字信号输入所述数据处理与主控单元分别进行报警和分段线性计算，所述数据处理与主控单元将温度值和报警状态通过所述人机交互单元显示；所述数据处理与主控单元经所述模拟与数字隔离单元发送数字电位计调节控制信号和多通道选择控制信号给所述多通道线性可调温度测量单元；所述数据处理与主控单元能与上游控制监控系统双向通信；所述多通道线性可调温度测量单元包括多个温度敏感元件、恒流源电阻取样电路、多通道切换电路、电阻分压限流滤波电路；所述多通道切换电路用于选择接入温度敏感元件的通道，将温度敏感元件串入所述恒流源电阻取样电路，所述恒流源电阻取样电路将温度信号转换为电压信号并输入至所述电阻分压限流滤波电路；所述恒流源电阻取样电路包括数字电位计、运算放大器、电压基准芯片；所述数字电位计连接在所述运算放大器的负输入端与地之间，所述电压基准芯片的输出与所述运算放大器的正输入端连接；所述运算放大器的输出端连接所述电阻分压限流滤波电路。

2.根据权利要求1所述的一种温度监测仪，其特征在于，所述温度敏感元件为RTD热电阻或TC热电偶或NTC电阻。

3.根据权利要求1所述的一种温度监测仪，其特征在于，所述电阻分压限流滤波电路由π型电阻网络和一阶RC滤波网络构成。

4.根据权利要求1所述的一种温度监测仪，其特征在于，所述数据处理与主控单元包括由DSP和ARM集成的双处理芯片及其外围电路。

5.根据权利要求1所述的一种温度监测仪，其特征在于，所述模拟与数字隔离单元包括模拟隔离电路、数字隔离电路；所述模拟隔离电路连接于所述多通道线性可调温度测量单元和所述温度报警与数据采集单元之间，所述数字隔离电路连接于所述多通道线性可调温度测量单元和所述数据处理与主控单元之间。

6.根据权利要求1所述的一种温度监测仪，其特征在于，所述温度报警与数据采集单元包括比较器、AD转换芯片、报警装置；所述模拟与数字隔离单元输出的模拟信号分别输入所述比较器和所述AD转换芯片；所述比较器输出温度报警信号给所述报警装置；所述AD转换芯片输出温度取样数字信号给所述数据处理与主控单元。

7.根据权利要求1所述的一种温度监测仪，其特征在于，所述人机交互单元包括采用点阵式双图层混合显示液晶屏的液晶模块。

8.根据权利要求1所述的一种温度监测仪，其特征在于，所述数据处理与主控单元包括多个能与所述上游控制监控系统通信的通信接口，所述通信接口包括光纤接口、以太网接口、RS485接口。

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