CN202018345U - 一种新型热电偶温度测量模块 - Google Patents

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Abstract

一种新型热电偶温度测量模块，包括：第一接线端子的多路差分信号连接到低通滤波电路，再经过多路开关和差分放大器进行差分放大，然后再经过A/D转换芯片进行模数转换，再将得到的数字信号传输给SMT单片机，STM单片机的输出端通过光电隔离和RS485通信电路连接到第二接线端子，电源通过电压DC-DC降压模块给RS485通信电路供电，并通过电压DC-DC降压模块串联DC-DC隔离模块为STM单片机供电。本实用新型提供了一种新型的低成本、高精度的热电偶温度测量模块，最大限度降低成本，提高精度，保证其可靠性和稳定性。

Description

一种新型热电偶温度测量模块
技术领域：
本实用新型涉及一种新型热电偶温度测量模块。
背景技术：
热电偶测温模块现在应用十分广泛，如在冰箱检测线，建筑材料的保温性能的检测，建筑外门窗保温性能检测以及工业生产过程温度检测等等。它的特点是测温点多，安装方便，可以远距离与上位机相连，实现现场总线控制系统。
目前市场上多通道(6-8个)、差分输入及高精度的热电偶测温模块成本都很高。此类测温模块为了达到高精度的要求，在器件的选择上，多采用AD公司(或者其他品牌的器件)的多路开关、高精度运算放大器、高精度的A/D及高速的光电隔离器件。这些高档次器件的成本总和高达几百元。另，如果其他辅助电路设计不很合理，即使使用这样高档次的芯片，整个性能也达不到要求，实现不了高精度。
现有的温度测量模块基本上都采用差分输入，多数采用6路差分，2路单输入，在标准的模块壳体里。采用差分运放，A/D采用高精度AD芯片，单片机采用MCS-51、STC、ATMEL单片机系列等做控制器，数字部分与模拟部分用高速的光电隔离电路进行隔离，RS485通信部分与数字部分共地。模块器件多采用高档次的芯片，基本能实现高精度(小于0.2％)。典型的技术是台湾研华科技生产的产品，成本高，价格自然较高。
发明内容：
本实用新型的目的就是为了解决高成本、而提供一种新型的低成本、高精度的热电偶温度测量模块，目的就是最大限度降低成本，提高精度，保证其可靠性和稳定性。
一种新型热电偶温度测量模块，包括：第一接线端子的多路差分信号连接到低通滤波电路，再经过多路开关和差分放大器进行差分放大，然后再经过A/D转换芯片进行模数转换，再将得到的数字信号传输给STM单片机，STM单片机的输出端通过光电隔离和RS485通信电路连接到第二接线端子，电源通过电压DC-DC降压模块给RS485通信电路供电，并通过电压DC-DC降压模块串联DC-DC隔离模块为STM单片机供电。
采用STM单片机是因为其抗电磁干扰能力极强，为数字与模拟共 地打下基础，另外，具有独立捕获脉冲宽度功能，便于把双积分式A/D的转换时间精度算出，从而可知输入电压的大小。
所述多路开关连接到冷端温度采集模块，采集冷端温度。
所述STM单片机通过分频器控制A/D转换芯片采用计数法进行A/D转换。为了得到更高的精度，ICL7135采用计数法进行A/D转换。其原理是：对这个转换的时间(BUSY信号)用单片机进行计数，ICL7135是14位的，高速的STM单片机系列主频可到达24MHZ，同时该芯片具有独立捕获脉冲宽度，可使ICL7135转换精度更准确(相当于15位)。同时利用STM单片机的独立捕获脉冲宽度功能，进行对A/D采用计数方式，单片机可以利用中断把A/D转换的脉冲宽度算出，这功能是STM特有的，许多单片机没有。如果用没有此功能其他单片机则需要两个中断：外部输入和定时。如果采用这样方式，那么模块在频繁接受上位机指令时，这三个中断不好处理(串行中断、外部输入和定时)，如确保精度和采集速度会影响上位机数据传输；如确保上位机实时响应，则会影响A/D采集的速度。
所述电源为8V-36V宽直流电压，经过电压DC-DC降压模块降压为5V，再经过DC-DC隔离模块转换为正负5V电压。因为STM单片机系列抗干扰性极强，可以把数字和模拟共地，这样可以节省多5个高速光电隔离芯片，即节省成本，也降低了产品本身的能耗。
优选的，所述多路开关为CD4051，成本低廉。
所述第一接线端子包括8路热电偶差分输入端。8路热电偶差分输入端可以设置在电路板的不同位置，根据电路板的结构而设置。
所述第二接线端子为RS485接线端，实现与RS485通信电路通信。
本实用新型具有如下优点：
1.采用廉价的多路开关CD4051、采用廉价的运算放大器组成差分放大器、采用价格低的ICL7135，及其它器件搭配成一体，既提高了精度，又降低了成本，且减少了自身的电耗。
2.采用STM系列单片机与双积分式A/D芯片ICL7135结合，利用STM的独立捕获脉冲宽度功能，进行对A/D采用计数方式，实现了高精确，精度小于0.2％。
3.外部输入电源跟RS485通信部分共地，利用STM系列单片机的抗电磁感应强的特点，将模拟部分与单片机共地，可节省5个光电隔离器件，节省了硬件成本，也降低了自身的电耗。
附图说明：
图1为本实用新型具体实施方式的电气原理图。
具体实施方式
下面以非限定性的实施例来进一步解释、说明本技术方案。
一种新型热电偶温度测量模块，如图1所示，包括8路热电偶差分输入端，并依次连接低通滤波电路、多路开关和差分放大器进行差分放大，再连接到A/D转换芯片进行模数转换，再将得到的数字信号传输给STM单片机，STM单片机的输出端通过光电隔离和RS485通信电路连接到RS485接线端，电源通过电压DC-DC降压模块给RS485通信电路供电，并通过电压DC-DC降压模块串联DC-DC隔离模块为STM单片机供电；多路开关还连接有冷端温度采集模块，STM单片机通过分频器控制A/D转换芯片采用计数法进行A/D转换。
上述电源为8V-36V宽直流电压，经过电压DC-DC降压模块降压为5V，再经过DC-DC隔离模块转换为正负5V电压，满足需要。上述A/D转换芯片采用ICL7135，多路开关为CD4051，成本低廉。
在应用时，由于有8路热电偶输入端，一个RS485通信端口，一个外部DC电源，共20个端子，为了实现差分输入，热电偶的导线分别接多路开关的响应端，同步打开和关闭，分时实现8路的输入信号。由于A/D转换芯片除实现8路热电偶信号的转换外还要实现对冷端温度信号的采集，所以还需要分时进行，即需要至少有两路的多路开关，因此也采用一个多路开关，此多路开关可以是单输入。

Claims (8)

1.一种新型热电偶温度测量模块，其特征在于包括：第一接线端子的多路差分信号连接到低通滤波电路，再经过多路开关和差分放大器进行差分放大，然后再经过A/D转换芯片进行模数转换，再将得到的数字信号传输给STM单片机，STM单片机的输出端通过光电隔离和RS485通信电路连接到第二接线端子，电源通过电压DC-DC降压模块给RS485通信电路供电，并通过电压DC-DC降压模块串联DC-DC隔离模块为STM单片机供电。
2.根据权利要求1所述的新型热电偶温度测量模块，其特征在于：所述多路开关连接有冷端温度采集模块。
3.根据权利要求1或2所述的新型热电偶温度测量模块，其特征在于：所述STM单片机通过分频器控制A/D转换芯片采用计数法进行A/D转换。
4.根据权利要求3所述的新型热电偶温度测量模块，其特征在于：所述电源为8V-36V宽直流电压，经过电压DC-DC降压模块降压为5V，再经过DC-DC隔离模块转换为正负5V电压。
5.根据权利要求4所述的新型热电偶温度测量模块，其特征在于：所述A/D转换芯片为ICL7135。
6.根据权利要求4所述的新型热电偶温度测量模块，其特征在于：所述多路开关为CD4051。
7.根据权利要求1所述的新型热电偶温度测量模块，其特征在于：所述第一接线端子包括8路热电偶差分输入端。
8.根据权利要求1所述的新型热电偶温度测量模块，其特征在于：所述第二接线端子为RS485接线端。
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