多通道PT100-III型信号转换模块

文章出处：yaxun88 人气：发表时间：2019-11-27 15:14

摘要：本文介绍了多通道PT100-III信号转换模块的硬件和软件设计。
关键字：三线制； PT100; MODBUS

介绍
PT100是一种广泛使用的温度测量元件。它在-50°C至600°C的任何温度传感器中均具有无与伦比的优势，包括高精度，良好的稳定性和强大的抗干扰能力。由于铂热电阻的电阻值随温度呈非线性，因此该模块需要进行非线性校正。通用模块通过模拟电路进行校正。该校正的精度不高，并且温度漂移等干扰程度也较大。该模块使用软件查找表内插法进行校正，最后转换为III类信号。 III型信号是当测量信号从下限到上限（0％到100％）变化时输出线上4-20 mA电流的变化。此外，该模块还具有MODBUS协议的通信端口，可以直接连接到任何MODBUS端口。

图1采样电路

图2主机电路

图3 D / A电路

系统设计
整个模块基于AVR的新型Atmega16微控制器，该微控制器使用三线系统消除了由线电阻引起的零点误差。差分放大器电路直接获得0〜5V的信号电压，因此可以直接输入到A / D转换器。
在数据处理部分，将PT100索引表中每10°C的电阻值写入闪存。这样，电压值将返回到电阻值，以便检查表格。当电阻在某个段之间时，执行线性处理，因此系统的线性化程度可以高达0.2％。
D / A转换系统使用373芯片作为锁存器，并使用权重电阻器网络进行D / A转换，从而节省了成本并确保了准确性。最后，信号通过电压和电流转换部分作为III型信号传输，以完成模块的功能。
V / I转换电路
图4 V / I转换电路

485通讯电路
图5 485通讯电路
采样电路
采样电路如图1所示。在三线系统中，PT100连接到J0。这样，连接PT100两侧的导线的长度相等，并分别添加到两侧的桥臂上。这样，消除了导线电阻。当PT100输出100Ω时，可以调节R1的电阻以调节温度下限。当温度范围为0〜300°C时，将电桥电压放大后，Anolog0的电压恰好为0〜5V，因此可以完全利用单片机A / D转换器的转换精度。

主机电路
主机电路如图2所示。CPU使用Atmega16，它带有8个10位A / D转换器。它具有快速的转换速度和高精度，并且不需要扩展任何设备。 74LS138用于解码和选通每个通道的锁存器。使用8MHz晶体，速度可以完全满足系统要求。 A / D转换的参考电压直接为VCC，从而节省了硬件并简化了电路。可以选择诸如TL431之类的精密调节器设备来满足高精度要求。

D / A转换电路
为了节省成本，系统不使用专用的D / A转换芯片，而是D / A转换的原理。将重量电阻网络用于D / A转换器，可以保证精度，并且速度更快，并且CPU控制相对简单。该电路如图3所示。74lS373锁存器，每次更新数据时锁存CPU。 OE引脚连接到138芯片的芯片选择信号，并且数据在LE的下降沿锁存。

V / I转换电路
V / I转换电路如图4所示。它将A / D转换后获得的电压信号转换为4-20 mA III类信号输出。 I = V / R3。

RS-485通讯电路
通信芯片使用MAX485芯片，将接收许可与发送许可连接起来（见图5）。通常情况下，使用端口线控制接受许可，需要发送时，设置为允许。

软件设计
软件设计是该系统的关键，并且它也是一个不同的地方。 III型信号模块的一般铂电阻均为模拟电路，没有软件部分。该系统使用数字线性校正来大大提高模块的精度。软件流程如图6所示。该软件分为主程序，中断服务子程序，所有程序均用C语言编写。该程序已在ICCAVR6.30上调试。

结论
基于单片机的PT100-III型信号转换模块具有精度高，数字通信和可升级的优点。该模块已用于检测多个火力发电厂的烟气温度。其中，使用了III类信号和数字通信，均取得了良好的效果。

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