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支持实验室温度湿度测量的智能化仪表的设计

本文描述的是一种支持实验室温度湿度进行丈量、显示并远传的智能化仪表。本仪表不合于市场上浩繁同类产品,他可以很好地满意现场高精度、高分辨率及收集传输的要求。

1、温湿度显示仪的硬件设计

本仪表的硬件电路部分主如果有温、湿度通道自力电源电路,温、湿度采样电路,旌旗灯号调节电路,模数转换电路,光电隔离电路,处置惩罚器采纳AT89S52单片机,同时还有LED显示电路,通讯电路,键盘电路等构成,其布局图如图1所示。以下将对各部分的电路做响应的先容。

1.1 温度湿度变送器

非电量的温度湿度旌旗灯号经由过程变送器形成4~20 mA电量旌旗灯号。本规划中采纳了奥地利E+E公司的EE10-FT6的高机能温湿度综合变送器。

EE10一FT6产品特征:

(1)24 V DC供电;

(2)温度量程:O~50℃;湿度量程:0~100%;

(3)温度精度:±0.1℃;湿度精度:1.0%;

(4)输入阻抗:≤500 Ω;

(5)接线要领:三线(电源正端、温度输出线、湿度输出线)。

1.2 隔离丈量技巧

老例温度湿度丈量,每每将温度、湿度旌旗灯号共地,使用一套丈量电路即可。在本规划中,变送器的输出要先行接入温湿

度显示仪(前端),再串接于DDC(直接数字节制器)后端构成变送器回路,变送器电源由DDC来供给,是以由变送器输出的两路共地旌旗灯号在前端必要进行隔离丈量,以打消对后端丈量的影响。即两端串联并同时丈量一对共地旌旗灯号。对付模拟量隔离丈量,笔者曾经斟酌3套规划:

规整洁“虚”隔离,即采纳差分丈量技巧,将差分一端颠末一适当电阻接地,这种规划资源最低,然则对付运放的要求十分苛刻,而且稳定性不高。

规划二 采纳线性光耦隔离,但线性光耦难以调试,离散性大年夜,必要周边元器件多(运算放大年夜器),而且光耦前端仍需隔离电源,后端仍需模数转换器

规划三 采纳两组自力丈量电路,然后经由过程通俗光耦与处置惩罚器接口,必要两套隔离电源,两组丈量部分,资源稍高,但此种规划最靠得住,调试方便,因而终极被采纳,如图2所示。

l.3 4~20 mA电流丈量

采样电阻采纳125 Ω/0.1%周详电阻,这样,只需丈量O.5~2.5 V电压旌旗灯号即可。

1.4放大年夜器及模数转换器利用

本温湿度显示仪模拟旌旗灯号变换采纳TI公司的轨对轨运放TLC2252,该放大年夜器最大年夜的特征一是输出可达电源满幅,二是掉调电压较小,0.5 mV,价格较低,得当本仪表利用。[page]

模数转换器(ADC)采纳TI公司的ADS1286U,此芯片主要机能有:

(1)分辨率:12位;

(2)最高采样频率:20 kHz;

(3)INL:±2LSB/max;

(4)DNL:±1LSB/max;

(5)接口要领:两线制

(6)参考电压:外接。

1.5分辨率及精度

本仪表必要满意的要求:分辨率方面,温度显示到O.01℃,湿度显示到0.1%;精度方面,要达到与自控系统的DDC丈量值之间的绝对偏差不得大年夜于±0.03℃。这样的苛刻要求使得本仪表在软硬件方面都必须做的异常到位。

1.6数字滤波技巧

为满意以上分辨率及精度的要求,除了在硬件上选择性价比高的元器件以及较高的PCB板技巧外,在软件上做了较多的事情。由于温度湿度物理量是惯性环节,光阴常数较大年夜,量值不会孕育发生突变,故滤波光阴可以很长。本仪表中采纳多次丈量排序取中值然后再进行一阶惯性滤波的措施,数学表达式如下:

此中Xn-1为上次实际温湿度值;Xn-2本次颠末排序取来的中值;Xn为当前的温湿度值;A为滤波光阴常数,作为系数。

这样做的目的是防止某些丈量突变,以及满意惯性物理量的丈量,使得丈量值不会频繁跳跃,可以满意需求。

1.7 收集通信技巧

本仪表采纳RS 485通信,通信规约为MODBUS-RTU,然后经由过程MODBUS-PROFIBUS网关与西门子DDC通信,波特率为38.4 kb/s。总线采纳轮询要领,后台机对各个房间温湿度进行采集,作为房间温度湿度集中监控的依据。

1.8精度校准及参数

本仪表出厂前均已校准,但斟酌到经久运行后,元器件老化及情况温度的变更,可能会造成仪表呈现精度误差,故仪表上设有精度校准功能。校定时,必要一只标准4~20 mA旌旗灯号表,按照显示提示,分手将旌旗灯号源调至各档位,然后由仪表自动校准,校准系数值存入非易掉性存储器中。

本仪表具有现场手动调校功能,调节电位器旋钮可使得温度湿度在某个短量程范围内加倍精准。

所有的参数设定都可经由过程收集或仪表按键进行操作,掉落电不损掉。

2、 温湿度显示仪的软件设计

主要法度榜样包括:温度丈量子法度榜样、湿度丈量子法度榜样、键盘扫描及实现子法度榜样、校准子法度榜样,此中丈量子法度榜样内嵌模数转换、数据处置惩罚、形成显示数据等;键盘扫描及实现子法度榜样内嵌显示页面切换、参数设定、校准确认等;校准子法度榜样内嵌双通道切换校准及校准数值存储等。中断办事法度榜样包括:准时器中断(用于显示)子法度榜样、通信中断子法度榜样。主法度榜样为依次轮回履行,综合外部操作(键盘),实现仪表多重功能;中断办事法度榜样可以随时中断主法度榜样的履行,两者互不影响。

本仪表中模数转换是关键,除了在硬件上包管旌旗灯号的较好处置惩罚外,软件上的处置惩罚就显得很紧张了,下面给出模数转换器ADS1286的造访法度榜样,此芯片的DATASHEET 上时序逻辑只是一个基础的历程,详细要得出靠得住的数值,必要在调试中摸索,这个法度榜样是笔者调试好的,效果不错。

阐明:簿子法度榜样转换后的12位AD值寄放于02H/03H中。

阐明:本中断办事法度榜样为MODBUS从站相应法度榜样,本仪表只用到MODBUS功能码中的03号及06号,即模拟量遥测及参数设定。

3、 结 语

本仪表成功利用于上海市检测中间400个实验室中今朝运行状况优越,与DDC间绝对偏差不跨越±O.03℃。

责任编辑:gt

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