多路PT100-III型信號轉換模塊
2004年10月A版
摘要： 本文給出多路PT100-III型信號轉換模塊的軟硬件設計。
關鍵詞： 三線制;PT100;MODBUS
引言
PT100是一種廣泛應用的測溫元件,在-50℃~600℃范圍內具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢,包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等。由于鉑熱電阻的電阻值與溫度成非線性關系,所以本模塊需要進行非線性校正,一般的模塊采用模擬電路校正,這種校正的精度不高,而且溫漂等受干擾的程度也比較大。本模塊采用了軟件查表插值的方法進行校正,最后轉換成III型信號。III型信號是當被測信號從下量程到上量程(0%~100%)變化時,輸出線上對應4－20mA電流的變化。此外模塊還具有MODBUS協議的通訊端口,可以直接和任何MODBUS口連接。
圖1 采樣電路
圖2 主機電路
圖3 D/A電路
系統設計
整個模塊基于AVR新型的Atmega16單片機,采用三線制形式,這樣可以去除導線電阻帶來的零點不準確,經過差分放大電路直接得到0~5V的信號電壓,這樣就可以直接輸入到A/D轉換器。
數據處理部分,將PT100分度表中的每隔10℃的電阻值寫入到閃存中,這樣,將得到電壓值回算到電阻值,這樣進行查表,當電阻位于某一段之間時,再進行線性處理,這樣系統的線性化程度比較高可以達到0.2%。
D/A轉換系統采用373芯片作為鎖存器,采用權電阻網絡進行D/A轉換,這樣可以節(jié)省成本,而且精度也可以得到保證。
最后再經過一個電壓電流轉換部分,把信號以III型信號傳送出去,完成模塊的功能。
圖4 V/I轉換電路
圖5 485通訊電路
采樣電路
采樣電路如圖1所示,PT100以三線制接到J0,這樣連接PT100的兩側的導線長度相等,而且分別加在兩側的橋臂上,這樣導線電阻得以消除,當PT100輸出100Ω時可以調節(jié)R1的阻值,以調整溫度下限,當溫度范圍是0~300℃時,電橋電壓經過放大后,Anolog0的電壓正好是0~5V,這樣可以完整使用單片機的A/D轉換器的轉換精度。
主機電路
主機電路如圖2。CPU采用Atmega16 ,它自帶8路10位A/D轉換器,轉換速度快,精度高,而且不需要外擴任何器件。74LS138用來譯碼,分別選通各路的鎖存器。采用8MHz的晶振,速度完全可以滿足系統的要求。A/D轉換的參考電壓直接是VCC,這可節(jié)省硬件,簡化電路,在對精度要求較高的情況下可以選擇精密穩(wěn)壓器件,如TL431。
