CN201540175U - 一种多路数字温度变换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多路数字温度变换装置，包括模拟信号调理电路、多路模拟开关电路、模数转换电路、微处理器电路、光耦隔离电路和串行接口电路，其中模拟信号调理电路对外部传感器的输入信号进行变换放大，并滤除传感器引入的共模或差模干扰信号，多路模拟开关电路对模拟信号调理电路输出的多路电压信号进行选通，模数转换电路完成模拟信号到数字信号的转换，微处理器电路根据不同的传感器类型分别进行计算处理，最终温度值经光耦隔离电路隔离滤波后，经串行接口传送，该温度变换装置采用微处理器电路对模拟信号调理电路进行标定，使得模拟信号调理电路免于调试，简化生产流程，降低了成本，并提高了测量精度。
Description
技术领域
本实用新型属机电一体化技术领域，特别是涉及一种多路数字温度变换装置。
背景技术
随着航天运载及武器型号的发展，对测量系统的智能化、网络化和小型化提出了更高的要求。而现有型号用测量装置很难满足上述要求，主要表现在：1)现有产品多为模拟信号输出，智能化程度低，精度差，不能组网；2)现有产品的体积重量不能满足要求；3)现有产品采用点对点的模拟传输，电缆多，重量大，连接复杂。
温度是运载及武器型号中的重要测量参数，单发可配套几十甚至上百支温度传感器，而温度传感器需要配套相应的温度变换装置共同完成温度测量。实现温度的智能化和网络化测量，主要通过温度变换装置来完成，而现在应用的温度变换装置同样存在上述不足。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多路数字温度变换装置，该温度变换装置采用微处理器电路对模拟信号调理电路进行标定，使得模拟信号调理电路免于调试，简化生产流程，降低了成本，并提高了测量精度。
本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种多路数字温度变换装置，包括模拟信号调理电路、冷端补偿信号调理电路、多路模拟开关电路、模数转换电路、微处理器电路、光耦隔离电路和串行接口电路，其中：
模拟信号调理电路：包括多路铂电阻信号调理电路、多路热电偶信号调理电路和一路冷端补偿信号调理电路，其中多路铂电阻信号调理电路接收外部多路铂电阻传感器的输入信号，多路热电偶信号调理电路接收外部多路热电偶传感器的输入信号，一路冷端补偿信号调理电路接收外部一路冷端补偿传感器的输入信号，并对输入信号进行变换放大，滤除传感器引入的共模或差模干扰信号，输出多路电压信号给多路模拟开关电路；
多路模拟开关电路：对模拟信号调理电路输出的多路电压信号进行选通，并将选通的一路电压信号输出给模数转换电路；
模数转换电路：接收多路模拟开关电路输出的电压信号，完成模拟信号到数字信号的转换，并将转换后的数字信号输出给微处理器电路；
微处理器电路：接收模数转换电路输出的数字信号，当所述数字信号为一路冷端补偿传感器的输入信号时，计算冷端补偿温度值；当所述数字信号为铂电阻传感器的输入信号时，计算铂电阻的温度值；当所述数字信号为热电偶传感器的输入信号时，计算热电偶的温度值，并将热电偶的温度值与所述冷端补偿温度值相加；完成多路传感器的全部计算后，将冷端补偿温度值、铂电阻的温度值、热电偶的温度值与冷端补偿温度值相加得到温度值全部打包输出给光耦隔离电路；
光耦隔离电路：接收微处理器电路输出的冷端补偿温度值、铂电阻的温度值、热电偶的温度值与冷端补偿温度值相加得到的温度值，进行隔离滤波后输出给串行接口电路；
串行接口电路：接收光耦隔离电路输出的温度值进行电平转换并输出。
在上述多路数字温度变换装置中，还包括电源转换电路，电源转换模块包括两个电源转换模块，其中一个转换模块为模拟信号调理电路、多路模拟开关电路、模数转换电路和微处理器电路供电，另一个转换模块为光耦隔离电路和串行接口电路供电，实现多路数字温度变换装置与上位机的电气隔离。
在上述多路数字温度变换装置中，模拟信号调理电路输出0～5V的多路电压信号。
在上述多路数字温度变换装置中，铂电阻调理电路包括直流电桥和比例放大器。
在上述多路数字温度变换装置中，热电偶调理电路采用仪表放大器电路。
本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本实用新型采用微处理器电路对模拟信号调理电路进行标定，降低了对模拟信号调理电路电压输出范围的要求，使得模拟信号调理电路免于调试，简化生产流程，降低了成本；
(2)本实用新型中的微处理器利用标定值进行温度的线性计算处理，针对铂电阻和热电偶，采用不同的线性计算方法，提高了测量精度；
(3)本实用新型经微处理电路处理后的温度值经光耦隔离电路隔离后，经串行接口进行网络通讯，满足了分布式测量的需求。
附图说明
图1为本实用新型多路数字温度变换装置的结构示意图；
图2为本实用新型微处理器电路工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
如图1所示为本实用新型多路数字温度变换装置的结构示意图，由图可知该温度变换装置包括模拟信号调理电路、多路模拟开关电路、模数转换电路、微处理器电路、光耦隔离电路和串行接口电路，模拟信号调理电路包括多路铂电阻信号调理电路、多路热电偶信号调理电路和一路冷端补偿信号调理电路，其中铂电阻信号调理电路选用运算放大器OP400、热电偶信号调理电路选用仪表放大器AD620、冷端补偿信号调理电路选用运算放大器OP400，多路铂电阻信号调理电路接收外部多路铂电阻传感器的输入信号，多路热电偶信号调理电路接收外部多路热电偶传感器的输入信号，一路冷端补偿信号调理电路接收外部一路冷端补偿传感器的输入信号，并对输入信号进行变换放大，滤除传感器引入的共模或差模干扰信号，输出多路电压信号给多路模拟开关电路；
多路模拟开关电路对模拟信号调理电路输出的多路电压信号进行选通，并将选通的一路电压信号输出给模数转换电路；模数转换电路接收多路模拟开关电路输出的电压信号，完成模拟信号到数字信号的转换，并将转换后的数字信号输出给微处理器电路，模拟开关电路选用ADG506或ADG409，模数转换电路选用AD7899。
微处理器作为整个电路的核心，根据不同的传感器类型分别进行计算处理，最终温度值按通讯协议经串行接口传送，具体为：微处理器电路接收模数转换电路输出的数字信号，当数字信号为一路冷端补偿传感器的输入信号时，计算冷端补偿温度；当数字信号为铂电阻传感器的输入信号时，计算铂电阻的温度值；当数字信号为热电偶传感器的输入信号时，计算热电偶的温度值，并将热电偶的温度值与所述冷端补偿温度相加；微处理器电路在完成多路传感器的全部计算后，将冷端补偿温度、铂电阻的温度值、热电偶的温度值与冷端补偿温度相加的温度值全部打包统一输出给光耦隔离电路，微处理器选用PIC16F77。
如图2所示为本实用新型微处理器电路工作流程图，由图可知微处理器的工作流程如下：
产品加电后，首先进行微处理器及外围电路的初始化设置，包括微处理器的初始化、模数转换电路的初始化和串行通讯的初始化；然后进入主循环，先判断是否进入定时中断，如进入定时中断，则执行后续工作，如未进入定时中断，则继续等待；进入定时中断后，首先调用冷端温度补偿模块，选通冷端补偿调理电路，计算得到补偿温度，作为后续热电偶温度的补偿值；再后，执行铂电阻温度处理模块，选通铂电阻信号调理电路，利用标定参数，线性计算温度值；再后执行热电偶温度处理模块，选通热电偶信号调理电路，利用标定参数，分段线性计算温度值；热电偶计算后的温度值与冷端补偿温度值相加，得到最终的热电偶温度值；最后，调用通讯模块，将计算得到的全部温度值打包统一发送给外部设备。
然后，重复上述循环工作，判断是否进入定时中断，并进行后续处理。
铂电阻传感器在整个测量范围内有较好的线性，直接采用线性计算求取温度。根据标定出的最小温度和最大温度对应的电压值，线性计算得到采样电压对应的温度。
热电偶传感器在整个测量范围内的线性度较差，采用分区间线性处理方法，计算出温度值。
为提高可靠性电路还采用光耦隔离，即采用光耦隔离电路，光耦隔离电路选用HCPL5601，光耦隔离电路接收微处理器电路输出的全部打包的冷端补偿温度、铂电阻的温度值、热电偶的温度值与冷端补偿温度相加得到的温度值，进行隔离滤波后输出给串行接口电路，串行接口电路选用AM26C31；
串行接口电路接收光耦隔离电路输出的温度值进行电平转换并输出。
电源转换电路的输入为28V，包括两个DC/DC模块，其中一个DC/DC模块变换出±12V和5V，为模拟信号调理电路、多路模拟开关电路、模数转换电路和微处理器电路供电，另一个转换模块DC/DC模块输出的5V，为光耦隔离电路和串行接口电路供电，实现该变换装置和上位机的电气隔离，电源输入端进行电磁兼容设计，针对共模和差模干扰进行滤波设计，降低输出电压的纹波。
该温度变换装置的接口包括三个电连接器，其中两个连接器接温度传感器，铂电阻传感器采用三线制连接，热电偶传感器采用两线制连接，每个连接器可以接多达4路铂电阻传感器和12路热电偶传感器。与上位机连接的另外一个电连接，一是从上位机获取一次电源，二是按通讯协议向上位机发送温度测量数据。
本实用新型说明书中未作详细描述内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (5)
1.一种多路数字温度变换装置，其特征在于：包括模拟信号调理电路、冷端补偿信号调理电路、多路模拟开关电路、模数转换电路、微处理器电路、光耦隔离电路和串行接口电路，其中：
模拟信号调理电路：包括多路铂电阻信号调理电路、多路热电偶信号调理电路和一路冷端补偿信号调理电路，其中多路铂电阻信号调理电路接收外部多路铂电阻传感器的输入信号，多路热电偶信号调理电路接收外部多路热电偶传感器的输入信号，一路冷端补偿信号调理电路接收外部一路冷端补偿传感器的输入信号，并对输入信号进行变换放大，滤除传感器引入的共模或差模干扰信号，输出多路电压信号给多路模拟开关电路；
多路模拟开关电路：对模拟信号调理电路输出的多路电压信号进行选通，并将选通的一路电压信号输出给模数转换电路；
模数转换电路：接收多路模拟开关电路输出的电压信号，完成模拟信号到数字信号的转换，并将转换后的数字信号输出给微处理器电路；
微处理器电路：接收模数转换电路输出的数字信号，当所述数字信号为一路冷端补偿传感器的输入信号时，计算冷端补偿温度值；当所述数字信号为铂电阻传感器的输入信号时，计算铂电阻的温度值；当所述数字信号为热电偶传感器的输入信号时，计算热电偶的温度值，并将热电偶的温度值与所述冷端补偿温度值相加；完成多路传感器的全部计算后，将冷端补偿温度值、铂电阻的温度值、热电偶的温度值与冷端补偿温度值相加得到温度值全部打包输出给光耦隔离电路；
光耦隔离电路：接收微处理器电路输出的冷端补偿温度值、铂电阻的温度值、热电偶的温度值与冷端补偿温度值相加得到的温度值，进行隔离滤波后输出给串行接口电路；
串行接口电路：接收光耦隔离电路输出的温度值进行电平转换并输出。
2.根据权利要求1所述的一种多路数字温度变换装置，其特征在于：还包括电源转换电路，所述电源转换模块包括两个电源转换模块，其中一个转换模块为模拟信号调理电路、多路模拟开关电路、模数转换电路和微处理器电路供电，另一个转换模块为光耦隔离电路和串行接口电路供电。
3.根据权利要求1所述的一种多路数字温度变换装置，其特征在于：所述模拟信号调理电路输出0～5V的多路电压信号。
4.根据权利要求1所述的一种多路数字温度变换装置，其特征在于：所述铂电阻调理电路包括直流电桥和比例放大器。
5.根据权利要求1所述的一种多路数字温度变换装置，其特征在于：所述热电偶调理电路采用仪表放大器电路。
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2009
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