Módulo de conversión de senal del sensor tipo PT100-III
Resumen: Este artículo presenta el diseño de hardware y software del módulo de conversión de señal PT100-III multicanal.
Palabras clave: sistema de tres hilos; PT100; MODBUS
Introducción
PT100 es un elemento de medición de temperatura ampliamente utilizado. Tiene ventajas incomparables en cualquier sensor de temperatura que varía de -50 ° C a 600 ° C, incluyendo alta precisión, buena estabilidad y una fuerte capacidad antiinterferente. Dado que el valor de resistencia de la resistencia térmica de platino no es lineal con la temperatura, este módulo debe realizar una corrección no lineal. El módulo general está corregido por circuito analógico. La precisión de esta corrección no es alta, y el grado de perturbación como la deriva de temperatura también es grande. Este módulo utiliza el método de interpolación de tablas de búsqueda de software para corregir, y finalmente se convierte en señal de tipo III. La señal de tipo III es el cambio de la corriente de 4-20 mA en la línea de salida cuando la señal medida cambia del rango inferior al rango superior (0% a 100%). Además, el módulo también tiene un puerto de comunicación del protocolo MODBUS, que se puede conectar directamente a cualquier puerto MODBUS.
Figura 1 circuito de muestreo
Figura 2 circuito host
Figura 3 circuito D / A
diseño de sistemas
Todo el módulo se basa en el nuevo microcontrolador Atmega16 de AVR, que utiliza un sistema de tres cables para eliminar la inexactitud del punto cero causada por la resistencia del cable. El circuito amplificador diferencial obtiene directamente el voltaje de señal de 0 ~ 5V, por lo que puede ser directamente ingresado al convertidor A / D.
En la sección de procesamiento de datos, el valor de resistencia de cada 10 ° C en la tabla de índice PT100 se escribe en la memoria flash. De esta manera, el valor del voltaje volverá al valor de resistencia, de modo que se verifica la tabla. Cuando la resistencia se encuentra entre un cierto segmento, se realiza un procesamiento lineal, de modo que el grado de linealización del sistema puede ser tan alto como 0.2%.
El sistema de conversión D / A utiliza un chip 373 como pestillo y utiliza una red de resistencia de peso para la conversión D / A, lo que ahorra costos y garantiza la precisión. Finalmente, a través de una parte de conversión de voltaje y corriente, la señal se transmite como una señal de tipo III para completar la función del módulo.
Figura 4 Circuito de conversión V / I
Figura 5 circuito de comunicación 485
Circuito host
El circuito host se muestra en la Figura 2. La CPU usa Atmega16, que viene con 8 convertidores A / D de 10 bits. Tiene una velocidad de conversión rápida y alta precisión, y no necesita expandir ningún dispositivo. El 74LS138 se utiliza para decodificar y estropear los pestillos de cada canal. Con un cristal de 8MHz, la velocidad puede cumplir completamente con los requisitos del sistema. El voltaje de referencia para la conversión A / D es directamente VCC, lo que ahorra hardware y simplifica el circuito. Los dispositivos reguladores de precisión como el TL431 se pueden seleccionar para requisitos de alta precisión.
Circuito de conversión D / A
Para ahorrar costos, el sistema no utiliza un chip de conversión D / A dedicado, sino el principio de la conversión D / A. Usando la red de resistencia de peso para el convertidor D / A, se puede garantizar la precisión, y la velocidad es más rápida, y el control de la CPU es relativamente simple. El circuito se muestra en la Figura 3. 74lS373 se enclava, enclavando la CPU cada vez que se actualizan los datos. El pin OE está conectado a la señal de selección de chip del chip 138, y los datos se enganchan en el borde descendente de LE.
Circuito de conversión V / I
El circuito de conversión V / I se muestra en la Figura 4. Convierte la señal de voltaje obtenida después de la conversión A / D en una salida de señal de 4-20 mA tipo III. I = V / R3.
Circuito de comunicación RS-485
El chip de comunicación utiliza el chip MAX485, que conecta el permiso de recepción con el permiso de envío (ver Fig. 5). Use una línea de puerto para controlar, en circunstancias normales, acepte el permiso, cuando necesite enviar, configure para permitir.
diseño de software
El diseño del software es la clave de este sistema y también es un lugar diferente. La resistencia general de platino a los módulos de señal tipo III son todos circuitos analógicos, y no hay una parte de software. El sistema usa corrección lineal digital para mejorar en gran medida la precisión del módulo. El flujo del software se muestra en la Figura 6. El software se divide en el programa principal, la subrutina del servicio de interrupción y todos los programas están escritos en lenguaje C. El programa se depura en ICCAVR6.30.
Conclusión
El módulo de conversión de señal tipo PT100-III basado en un microordenador de un solo chip tiene las ventajas de alta precisión, comunicación digital y capacidad de actualización. Este módulo se ha utilizado para detectar la temperatura de los gases de combustión en varias centrales térmicas. Entre ellos, se utilizan la señal tipo III y la comunicación digital, y todos han logrado buenos resultados.
Palabras clave: sistema de tres hilos; PT100; MODBUS
Introducción
PT100 es un elemento de medición de temperatura ampliamente utilizado. Tiene ventajas incomparables en cualquier sensor de temperatura que varía de -50 ° C a 600 ° C, incluyendo alta precisión, buena estabilidad y una fuerte capacidad antiinterferente. Dado que el valor de resistencia de la resistencia térmica de platino no es lineal con la temperatura, este módulo debe realizar una corrección no lineal. El módulo general está corregido por circuito analógico. La precisión de esta corrección no es alta, y el grado de perturbación como la deriva de temperatura también es grande. Este módulo utiliza el método de interpolación de tablas de búsqueda de software para corregir, y finalmente se convierte en señal de tipo III. La señal de tipo III es el cambio de la corriente de 4-20 mA en la línea de salida cuando la señal medida cambia del rango inferior al rango superior (0% a 100%). Además, el módulo también tiene un puerto de comunicación del protocolo MODBUS, que se puede conectar directamente a cualquier puerto MODBUS.
Figura 1 circuito de muestreo
Figura 2 circuito host
Figura 3 circuito D / A
diseño de sistemas
Todo el módulo se basa en el nuevo microcontrolador Atmega16 de AVR, que utiliza un sistema de tres cables para eliminar la inexactitud del punto cero causada por la resistencia del cable. El circuito amplificador diferencial obtiene directamente el voltaje de señal de 0 ~ 5V, por lo que puede ser directamente ingresado al convertidor A / D.
En la sección de procesamiento de datos, el valor de resistencia de cada 10 ° C en la tabla de índice PT100 se escribe en la memoria flash. De esta manera, el valor del voltaje volverá al valor de resistencia, de modo que se verifica la tabla. Cuando la resistencia se encuentra entre un cierto segmento, se realiza un procesamiento lineal, de modo que el grado de linealización del sistema puede ser tan alto como 0.2%.
El sistema de conversión D / A utiliza un chip 373 como pestillo y utiliza una red de resistencia de peso para la conversión D / A, lo que ahorra costos y garantiza la precisión. Finalmente, a través de una parte de conversión de voltaje y corriente, la señal se transmite como una señal de tipo III para completar la función del módulo.
Figura 4 Circuito de conversión V / I
Figura 5 circuito de comunicación 485
Circuito de muestreo
El circuito de muestreo se muestra en la Figura 1. El PT100 está conectado a J0 en un sistema de tres cables. De esta manera, las longitudes de los cables que conectan los dos lados del PT100 son iguales, y se agregan respectivamente a los brazos del puente en ambos lados. De esta forma, se elimina la resistencia del cable. Cuando el PT100 emite 100Ω, la resistencia de R1 se puede ajustar para ajustar el límite de temperatura más bajo. Cuando el rango de temperatura es 0 ~ 300 ° C, el voltaje de Anolog0 es exactamente 0 ~ 5V después de que se amplifica el voltaje del puente, de modo que la precisión de conversión del convertidor A / D del microordenador de un solo chip se puede utilizar por completo.
Circuito host
El circuito host se muestra en la Figura 2. La CPU usa Atmega16, que viene con 8 convertidores A / D de 10 bits. Tiene una velocidad de conversión rápida y alta precisión, y no necesita expandir ningún dispositivo. El 74LS138 se utiliza para decodificar y estropear los pestillos de cada canal. Con un cristal de 8MHz, la velocidad puede cumplir completamente con los requisitos del sistema. El voltaje de referencia para la conversión A / D es directamente VCC, lo que ahorra hardware y simplifica el circuito. Los dispositivos reguladores de precisión como el TL431 se pueden seleccionar para requisitos de alta precisión.
Circuito de conversión D / A
Para ahorrar costos, el sistema no utiliza un chip de conversión D / A dedicado, sino el principio de la conversión D / A. Usando la red de resistencia de peso para el convertidor D / A, se puede garantizar la precisión, y la velocidad es más rápida, y el control de la CPU es relativamente simple. El circuito se muestra en la Figura 3. 74lS373 se enclava, enclavando la CPU cada vez que se actualizan los datos. El pin OE está conectado a la señal de selección de chip del chip 138, y los datos se enganchan en el borde descendente de LE.
Circuito de conversión V / I
El circuito de conversión V / I se muestra en la Figura 4. Convierte la señal de voltaje obtenida después de la conversión A / D en una salida de señal de 4-20 mA tipo III. I = V / R3.
Circuito de comunicación RS-485
El chip de comunicación utiliza el chip MAX485, que conecta el permiso de recepción con el permiso de envío (ver Fig. 5). Use una línea de puerto para controlar, en circunstancias normales, acepte el permiso, cuando necesite enviar, configure para permitir.
diseño de software
El diseño del software es la clave de este sistema y también es un lugar diferente. La resistencia general de platino a los módulos de señal tipo III son todos circuitos analógicos, y no hay una parte de software. El sistema usa corrección lineal digital para mejorar en gran medida la precisión del módulo. El flujo del software se muestra en la Figura 6. El software se divide en el programa principal, la subrutina del servicio de interrupción y todos los programas están escritos en lenguaje C. El programa se depura en ICCAVR6.30.
Conclusión
El módulo de conversión de señal tipo PT100-III basado en un microordenador de un solo chip tiene las ventajas de alta precisión, comunicación digital y capacidad de actualización. Este módulo se ha utilizado para detectar la temperatura de los gases de combustión en varias centrales térmicas. Entre ellos, se utilizan la señal tipo III y la comunicación digital, y todos han logrado buenos resultados.
