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用AD595製作的溫度採集儀

admin @ 2014-03-14 , reply:0

概述

介紹了基於單片機的移動式溫度數據採集儀的硬體設計,串列紅外介面的應用及用可視化編程工具VB6.0實現的WINDOWS界面的數據接收、處理軟體。無線通信可以去除設備對線纜和連接器的依賴。IrDA紅外通信……

介紹了基於單片機的移動式溫度數據採集儀的硬體設計,串列紅外介面的應用及用可視化編程工具VB6.0實現的WINDOWS界面的數據接收、處理軟體。



無線通信可以去除設備對線纜和連接器的依賴。IrDA紅外通信是一種低價且適應性廣的短距離無線通信技術,只要通信雙方都支持IrDA協議,就能很快建立通信鏈路,實現數據交換。近來紅外通信在電子設備中得到了廣泛的應用。為此,研製了帶有紅外介面的移動式溫度數據採集儀。該儀器由可充電電池供電,以1Hz的採集率同時對≤8的溫度測量點採集600s的數據。溫度測量範圍為0℃~300℃,測量精度為滿量程的1%。測量數據存於E2PROM中,可掉電保存,直到下次採集將數據更新。通過串列紅外介面,儀器可將存儲的測量數據方便地傳送給電腦。用可視化編程工具Visual Basic6.0製作了Windows界面的數據接收和處理軟體,既方便硬體間的連接又便於測量數據的輸出與分析。
下圖是我根據此文製作的一個溫度控制實驗板。線路與原文有些改動。原文中的MAX144不易買到。AD改用了TLC2543,基準電壓用LM317調成4。096V給AD,這樣AD檢測出來的值如果是全0溫度就是0C。如是全1溫度剛好是409。6度。顯示精度達到了0。1度。單片機用89C51。感應出來的溫度值可以通過液晶屏上顯示,也可通過RS-232用計算機顯示。




1 採集儀的硬體原理
儀器的硬體設計貫徹了確保性能、縮小外形(特別是高度要求苛刻)、便於移動、降低功耗和機內隔熱的原則。硬體框圖如圖1所示。圖1中數據存儲單元是具有I2C串列介面的E2PROM,用於保存測量數據。紅外介面電路採用Vishay公司的TFDS4500串列紅外收發模塊及其控制器TOIM3232。

1.1 信號調理及AD595晶元的應用
八個通道的K分度號熱電偶將溫度信號轉換成mV級電壓信號輸入給採集儀。信號調理電路包括多路切換電路和熱偶信號調理專用電路AD595。在實際的熱電偶測溫中,必須進行冷端補償、調零、電壓放大和線性化等比較繁瑣的工作,否則會造成很大的誤差。AD595是AD公司針對上述問題設計的專用晶元,內部具有放大、冷端補償、冰點基準、溫差電偶故障報警等電路。被測溫度與AD595輸出電壓的關係是10mV/℃,晶元在+5V~+30V範圍內都可正常工作。隨所測溫度量程增大,電源電壓應相應提高。圖2 是模擬開關電路CD4051與AD595組成的信號調理電路。需注意的是,AD595的第1腳要求接熱電偶正極且接地,模擬開關切換的是各熱電偶的負極。


1.2 模數轉換及MAX144電路的應用
模數轉換電路是以單片機為核心的數據採集系統的關鍵環節,這裡採用美信公司12bit串列輸出的A/D器件MAX144。它具有兩個輸入通道,通道CH1用於轉換來自信號調理電路的溫度測量信號;另一通道CH0用來轉換儀器內的電池電壓信號(電池電壓的高低,在電腦顯示數據曲線的同時告知用戶)。MAX144是8腳μMAX封裝,非常適合於微小型手持儀器,其引腳功能及周邊接線如圖3所示。

MAX144的引腳5是基準電壓引入端,用4.096V的AD292作為外接基準源,模擬輸入信號1mV對應於數字輸出1個字,相當於溫度0.1℃的解析度。MAX144的串列輸出是SPI/QSP兼容介面。CS、SCLK、DOUT分別接單片機的三條I/O口線,其讀入A/D轉換結果的子程序框圖如圖4所示。轉換結果的第13位用來判別讀入的是哪個A/D通道。每個測量值兩個位元組,按順序存入E2PROM中。

1.3 串列紅外輸出及TFDS4500,TOIM3232的應用
紅外輸出主要由Vishay公司的串列紅外收發模塊TFDS4500完成。此模塊為低功耗、側式封裝,符合IrDA1.2串列紅外傳輸標準,其最高的紅外傳輸速度為115.2Kbit/s。引腳SC控制收發模塊的靈敏度。SC為高電平時,模塊的靈敏度提高,可以感測到非常微弱的紅外信號,這樣可以擴大傳輸距離,但其抗干擾能力被降低;當SC為低電平時,模塊的靈敏度降低,但其抗干擾能力有所提高。在本設計中,傳輸距離不太遠,故將SC接地。引腳Vcc-SD為電源/關閉引腳。當該腳為低電平時,紅外傳輸模塊關閉,達到低功耗目的。


1.4 整機微功耗設計
由於採集儀是電池供電,對功耗的要求比較高,主要採取了以下措施:
(1)盡量使用微功耗器件;
(2)通過模擬開關CD4051的熱偶信號是負電壓,按一般要求其第7引腳VEE需接負電源。但實驗證明,CD4051在VEE接地的情況下仍可通過-0.1V~+Vcc的信號。這樣可省去負電源變換器,既縮小了體積又降低了功耗;

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