智能仪器的设计实例课件.ppt

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1、8.5智能仪器设计实例多路远程温度检测在工业、农业、日常生活等方面有着广泛的应用，如粮库中多点温度的检测，区域性森林中各分散点温度的监测以及火车车轮温度的检测等都需要大范围分布检测点对温度进行监测。多路远程温度检测系统的设计多路远程温度检测系统采用分布式检测结构，由一台主机系统和多台从机系统构成。从机根据主机的指令对各点温度进行实时或定时采集，测量结果不仅能在本地存储、显示，而且可以通过串行总线将采集数据传送至主机。主机的功能是发送控制指令，控制各个从机进行温度采集，收集从机测量数据，并对测量结果进行分析、处理、显示和打印。8.5.1检测系统总体设计

2、图8-17多路远程温度检测系统框图主机部分采用PC，从机的微处理器采用80C51单片机，从机的信号输入通道由温度传感器、信号调理电路以及A/D转换器等构成。主机与从机之间采用RS-485串行总线通信。检测系统的主要功能和技术指标如下：能够同时检测N路温度，检测温度范围为0～400℃；采用12位A/D转换器，同时采用过采样和工频周期求均值技术，温度分辨率达到0.007℃；使用RS-485串行总线进行数据传输，传输距离大于1200m，抗干扰能力强；可由主机分别设置各从机的温度报警上、下限值，主机、从机均具有报警功能；主机可实时、定时收集各从机的数据，并具

3、有保存数据、分析24小时数据的功能。8.5.2硬件电路设计硬件电路设计的主要任务是从机系统及通信接口电路的设计。在从机系统中，键盘及LCD显示器的设计属于常规设计，此处省略。主要介绍模拟量输入通道(温度传感器、信号调理电路、A/D转换器)以及通信接口电路的设计。1.温度检测电路的设计系统的温度检测范围为0～400℃，可选用的温度传感器有集成温度传感器、热电偶以及热电阻等。1.温度检测电路的设计集成温度传感器(如AD590、DS18B20)的特点是使用方便、信号易于处理，但测温范围较窄，一般在200℃以下，不能满足本设计的要求。热电偶是工业上最常用的温

4、度检测元件之一，其优点是检测精度高、测量范围宽，常用的热电偶从-50～1600℃均可连续测量。但需要采用电路或软件等修正方法来补偿冷端温度(t0≠0℃时)对测温的影响,使用不便。热电阻测量精度高、性能稳定，使用方便，测量范围为-200～600℃，完全满足设计要求。考虑到铂电阻的测量精度较高，所以设计选择铂电阻PT100作为传感器。铂电阻测量温度的原理是将温度的变化转变为电阻值的变化。只要测出铂电阻的阻值即可换算出被测温度值。温度检测电路采用电桥放大器，如图8-18所示，主要由集成稳压器LM317、电桥及仪用放大器AD620构成。LM317用于给电桥电

5、路提供直流电源，Rt为连接于电桥中的铂电阻PT100，AD620是一个高精度、低价格的仪用放大器，可通过外接电阻R进行各种增益的调整。稳压器LM317LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo＝1.25V—45V），所以R2/R1的比值范围只能是0—2

6、8.6。稳压块都有一个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。仪用放大器AD620差动放大电路适合一般的信号放大电路，但是电路精密度较差，且电路上变更放大增益时，必须调整两个电阻，影响整个信号放大精度的原因更复杂。AD620的基本特点为精确度高，使用简易，低通讯，低损耗，应用广泛。AD6201、8引脚要跨接一电阻来调整放大倍数，4、7引脚接正负相等的工作电压，2、3接放大的电压即可从接脚6输出放大后的电压值。接脚5则是参考基准，如果接地则脚6的输出即为与地之间的相对电压。放大电路增

7、益：A=1+49.4kΩ/R。图8-18所示温度桥测电路的输出电压为(8-1)由上式可求出Rt值，再利用下式可求出温度值t。(8-2)式中：A=3.096847×10-7；B=-5.847×10-3。为了提高测量精度，本设计将温度分两档进行测量，当温度处于0～210℃时，继电器J1所在桥臂电阻为R32，继电器J2选择R5作为AD620的反馈电阻；温度处于195～400℃时，继电器J1所在桥臂电阻为R31与R32的串联，继电器J2选择R6作为AD620的反馈电组。系统在切换桥臂电阻时同步改变放大倍数，达到自动改变量程、提高测量精度之目的。2.A/D转换

8、电路的设计本系统测量的是温度信号，不要求快速转换，可选用12位串行A/D转换器MAX187。12位串行A/D