多路PT100-III型信号转换模块
2004年10月A版
摘要： 本文给出多路PT100-III型信号转换模块的软硬件设计。
关键词： 三线制;PT100;MODBUS
引言
PT100是一种广泛应用的测温元件,在-50℃~600℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势,包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂热电阻的电阻值与温度成非线性关系,所以本模块需要进行非线性校正,一般的模块采用模拟电路校正,这种校正的精度不高,而且温漂等受干扰的程度也比较大。本模块采用了软件查表插值的方法进行校正,最后转换成III型信号。III型信号是当被测信号从下量程到上量程(0%~100%)变化时,输出线上对应4－20mA电流的变化。此外模块还具有MODBUS协议的通讯端口,可以直接和任何MODBUS口连接。
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新型的Atmega16单片机,采用三线制形式,这样可以去除导线电阻带来的零点不准确,经过差分放大电路直接得到0~5V的信号电压,这样就可以直接输入到A/D转换器。
数据处理部分,将PT100分度表中的每隔10℃的电阻值写入到闪存中,这样,将得到电压值回算到电阻值,这样进行查表,当电阻位于某一段之间时,再进行线性处理,这样系统的线性化程度比较高可以达到0.2%。
D/A转换系统采用373芯片作为锁存器,采用权电阻网络进行D/A转换,这样可以节省成本,而且精度也可以得到保证。
最后再经过一个电压电流转换部分,把信号以III型信号传送出去,完成模块的功能。
图4 V/I转换电路
图5 485通讯电路
采样电路
采样电路如图1所示,PT100以三线制接到J0,这样连接PT100的两侧的导线长度相等,而且分别加在两侧的桥臂上,这样导线电阻得以消除,当PT100输出100Ω时可以调节R1的阻值,以调整温度下限,当温度范围是0~300℃时,电桥电压经过放大后,Anolog0的电压正好是0~5V,这样可以完整使用单片机的A/D转换器的转换精度。
主机电路
主机电路如图2。CPU采用Atmega16 ,它自带8路10位A/D转换器,转换速度快,精度高,而且不需要外扩任何器件。74LS138用来译码,分别选通各路的锁存器。采用8MHz的晶振,速度完全可以满足系统的要求。A/D转换的参考电压直接是VCC,这可节省硬件,简化电路,在对精度要求较高的情况下可以选择精密稳压器件,如TL431。
