CN202382877U - 矿用本质安全型温度巡检器 - Google Patents
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Abstract
一种矿用本质安全型温度巡检器，适用于煤矿井下对设备温度检测。它包括单片机、高精度比较放大电路、双通道4:1模拟开关芯片、地址拨码开关、通信电路、显示装置和隔离DC-DC电源；单片机的引脚P00～P07连接有地址拨码开关，单片机的引脚P10与高精度比较放大电路的输入端连接，高精度比较放大电路的输出端分别连接有多个双通道4:1模拟开关芯片，每个双通道4:1模拟开关芯片分别连接有4个温度传感器，单片机的引脚RXD和引脚TXD与通信电路相连接，由通信电路将检测数据发送给主控机，单片机的引脚P15～P17与显示装置相连接，通过显示装置将检测的温度数据显示出来。结构简单，布局方便，巡检器作为分站直接挂接到DP总线，可挂接巡检器数量124台。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种温度巡检器，尤其适用于一种煤矿井下对设备温度检测的矿用本质安全型温度巡检器。
背景技术
目前井下接触式温度测量的主要方法有两种：一为PT100直接接到PLC模拟量模块或通过一个变送器，将电阻信号转换为4-20mA电流信号接到PLC模块，PLC模拟量模块可接入PT100数量有限，成本高，不适用与现场实际；另一种为温度测量设备，接入PT100信号，测量设备通信方式多为485总线，虽然这样解决了PT100数量限制的问题，但是却需要配接专门的485主站或者是485通信模块，同样存在弊端。
发明内容
本实用新型的目是克服现有的技术的的不足之处，提供一种结构简单、基于DP总线通信方式，既可以实时显示温度又可以将温度数值上传到主控站的矿用本质安全型温度巡检器。
为实现上述目的，本实用新型的它包括单片机、高精度比较放大电路、双通道4:1模拟开关芯片、地址拨码开关、通信电路、显示装置和隔离DC-DC电源；单片机的引脚P00～P07连接有地址拨码开关，单片机的引脚P10与高精度比较放大电路的输入端连接，高精度比较放大电路的输出端分别连接有多个双通道4:1模拟开关芯片，每个双通道4:1模拟开关芯片分别连接有4个温度传感器，单片机的引脚RXD和引脚TXD与通信电路相连接，由通信电路将检测数据发送给主控机，单片机的引脚P15～P17与显示装置相连接，通过显示装置将检测的温度数据显示出来。
所述的显示装置包括相互连接的LED显示器和型号为MAX7219的芯片组成；所述的单片机型号为STC12C5A32S2，高精度运算放大器型号为LMC6062；双通道4:1模拟开关芯片型号为SGM4782；通信电路为北京鼎实创新科技有限公司生产的PB-OEM2-SE嵌入式板卡；隔离DC-DC电源为相互连接的芯片WRFD12S05-6W和IB0505LS-W7。
有益效果：本实用新型的通信电路基于DP总线，方便与主控站连接，不会对总线其他设备造成干扰，在井下现场简化了布线，温度巡检器数据采集方式为多路轮询式，利用双通道4:1模拟开关芯片SGM4782，由单片机依次选通每路通道，这样在后一级只需一路桥式比较电路就可实现信号处理。最大通信距离1Km，巡检器作为分站直接挂接到DP总线，可挂接巡检器数量124台。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2单片机管脚分布
图3桥式比较放大电路
图4 SGM4782函数表。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的一个实例作进一步的描述：
如图1所示：本实用新型的矿用本质安全型温度巡检器，包括单片机、高精度比较放大电路、双通道4:1模拟开关芯片、地址拨码开关、通信电路、显示装置和隔离DC-DC电源，单片机型号为STC12C5A32S2，高精度运算放大器型号为LMC6062,双通道4:1模拟开关芯片型号为SGM4782，通信电路为北京鼎实创新科技有限公司生产的PB-OEM2-SE嵌入式板卡,显示装置包括相互连接的LED显示器和型号为MAX7219的芯片组成，隔离DC-DC电源为相互连接的芯片WRFD12S05-6W和IB0505LS-W7；单片机的引脚P00～P07连接有地址拨码开关，单片机的引脚P10与高精度比较放大电路的输入端连接，高精度比较放大电路的输出端分别连接有多个双通道4:1模拟开关芯片，每个双通道4:1模拟开关芯片分别连接有4个温度传感器，单片机的引脚RXD和引脚TXD与通信电路相连接，由通信电路将检测数据发送给主控机，单片机的引脚P15～P17与显示装置相连接，通过显示装置将检测的温度数据显示出来。温度巡检器能实现温度测量、就地显示以及数据上传。巡检器原理框图如图所示，本质安全12V电源线两根和通信线两根，四根线作为总线，各个分站均挂接在这总线上，实现由主控站统一供电，各温度巡检器与总站采用PROFIBUS-DP（过程现场总线）通信方式，将各温度巡检器所测得的温度值上传给主控站的PLC。分站数量由具体实施现场需求而定，最大可到124个温度巡检器。
温度巡检器供电电源为总线直流12V，DC-DC模块WRFD12S05-6W将输入的12V电压转换为5V电压，为整个电路供电。DC-DC模块同时具有隔离、稳压的作用，降低输入电源的波动对电路影响。通信模块PB-OEM2-SE需要双电源5V供电，因此使用IB0505LS-W75为PB-OEM2-SE提供另一路电源。SGM4782工作电压为3.3V，AMS1117-3.3为其供电。
如图2所示， U1为单片机STC12C5A32S2，P0口为复用数据的读写，P20～P22为控制通信模块，RXD、TXD与通信模块通信（通信模块保密），单片机STC12C5A32S2的引脚P15～P17与P2端子的引脚2～4分别连接，P2端子的引脚1接电源，引脚5接地， P2端子接数码管显示电路，单片机STC12C5A32S2的引脚19与OC1有缘晶振11.0592MHz的out引脚连接，OC1有源晶振的VCC引脚接电源，GND引脚接地。
如图3所示桥式比较放大电路为经典电路，其中CH1A端输入温度传感器信号，经LMC6062处理后，通过ADC1连接单片机P10脚，到单片机内置的AD转换器，由单片机计算得出温度值。
温度巡检器输入信号为外接温度传感器发送的铂电阻（标准PT100）模拟信号，通过双通道4：1模拟开关芯片SGM4782分别选通，实现了16路铂电阻信号的输入。SGM4782芯片有一个片选使能脚ENABLE引脚，两个通道选择脚Select引脚，参照图4 SGM4782函数表，在本专利电路中，使用了4片SGM4782，在正常工作时，每次低电平使能一片SGM4782，另外3片SGM4782片选使能脚置高不选通。在选通一片SGM4782后，通过通道选择脚Select引脚，即可依次选通一组通道，使这组通道接入的温度传感器与温度巡检器电路中的桥式比较电路连通。因每次选通一路信号输入，彼此之间不会造成影响，这样在后级只需一路比较放大电路，比较电路为电桥式接入，铂电阻采用三线制接入，有效的消除了接入铂电阻的线阻干扰，提高测量精度。高精度运算放大器LMC6062为双运放，前级为比较放大电路，比较端接入了标准100欧姆的电阻，温度传感器输入信号与标准电阻比较得到一个差值，并将这一差值放大，放大倍数为10倍，这一个数值到后一级的放大电路，后级放大倍数为3倍，通过两级放大，比较得到的差值放大30倍后传到单片机的内置A/D转换器。桥式比较放大电路中温度传感器输入信号与标准电阻比较的差值与PT100阻值的关系为：
PT100温度传感器的线性较好，在0-100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。PT100阻值与温度关系为：
0℃≤t≤850℃时，RPT100=100*（1+At+B*t2）
式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见PT100在常温0-100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPT100=100（1+At），当温度变化1摄氏度，PT100阻值近似变化为0.39欧姆。
通过上述关系式，即可计算得出温度传感器所测设备的温度。
六位数码管显示，前两位显示通道编号1至16，后四位显示对应温度值，温度精度为小数点后一位。
巡检器配有标准的GSD文件，在西门子STEP 7软件中安装后可直接组态，西门子PLC作为主站，温度巡检器作为分站，分站地址通过地址拨码开关设置，分站地址与组态地址保持一致。组态正确后即可正常通信，PLC直接读到数据类型为浮点数的温度值，无需PLC做任何处理。
Claims (3)
1.一种矿用本质安全型温度巡检器，其特征在于：它包括单片机、高精度比较放大电路、双通道4:1模拟开关芯片、地址拨码开关、通信电路、显示装置和隔离DC-DC电源；单片机的引脚P00～P07连接有地址拨码开关，单片机的引脚P10与高精度比较放大电路的输入端连接，高精度比较放大电路的输出端分别连接有多个双通道4:1模拟开关芯片，每个双通道4:1模拟开关芯片分别连接有4个温度传感器，单片机的引脚RXD和引脚TXD与通信电路相连接，由通信电路将检测数据发送给主控机，单片机的引脚P15～P17与显示装置相连接，通过显示装置将检测的温度数据显示出来。
2.根据权利要求1所述的矿用本质安全型温度巡检器，其特征在于：所述的显示装置包括相互连接的LED显示器和型号为MAX7219的芯片组成。
3.根据权利要求1所述的矿用本质安全型温度巡检器，其特征在于：所述的单片机型号为STC12C5A32S2，高精度运算放大器型号为LMC6062；双通道4:1模拟开关芯片型号为SGM4782；通信电路为北京鼎实创新科技有限公司生产的PB-OEM2-SE嵌入式板卡；隔离DC-DC电源为相互连接的芯片WRFD12S05-6W和IB0505LS-W7。
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| CN105841835A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-08-10 | 西安航天精密机电研究所 | 一种温度巡回检测电路 |
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