发表于：2011/7/1 19:08:04
#0楼
TA9-IRR智能温控表的温度信号处理电路（求教）
这是本人测绘一例温度仪表的温度信号处理电路，电路主要由运算放大器RC4558、多路模拟开关CD4050构成，为便于原理分析，将CD4050内部开关“展开”为下图电路。K1~K6的开关状态由单片机MCU输出的二进制信号来控制。现在有部分电路的工作原理不明，特发此文，向各位对传感器、仪表电路比较熟悉的师傅请教。
MCU（单片机）的外围电路，U1、IC1、U4等数字、运放电路，用于处理温度传感器——热电阻RTD采集到的现场温度信号，这个处理过程是在MCU的控制下进行的，与软件控制程序密切相关，信号的处理过程，有软、硬件结合的特点。MCU输出的数字控制（二进制）信号，输入至三二选一（相当于3组单刀双掷开关）开关电路U4（CD4053）的9、10、11脚，对内部3组二选一开关的合、断进行控制，以改变温度检测电路的信号处理和传输方式。将U4内部模块开关电路进一步分解，形成如图6-20所示的温度信号处理电路，以便对工作过程有更为直观的认识。
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供电电源的-7.5V电压，经R1、Z1稳压电路，处理为-2.5V的基准电压，用于温度检测电路的参考基准。
U1电路又构成恒流源输出电路：U1信号输入、输出端之间串入了电阻R53，U1输出电流=输入端两信号之差/R53+RTD，在输入基准电压为稳定值时，电路具有恒流源特性，能为RTD提供一个稳定的电流源。在使用RTD时，RTD流过测量电流而产生“自热”，如流过的测量电流不稳定，则会产生随机性误差。温度变化引起了RTD的电阻变化，测量端的输出电压信号也在同步变化，但流经RTD的电流值却能保持恒定，一定程度上提高了测量精度。
换一种角度看，U1接成差动放大器的电路（减法电路）形式，RTD将温度变化引起的电阻值变化，转化为mV线电压信号输入至U1的同相输入端5脚，与反相端输入的基准电压相比较，两信号的差值被输出，温度上升时，输出信号往正的方向变化。R4、R45、C2组成温度补偿电路，消除RTD引线电阻随温度变化带来的测量误差。U1输出端1脚的输出电压信号，经C5、R18、C6、R19、E3组成的低通滤波器，滤除可能存在的高频干扰信号后，将温度检测信号送往后级电路。
1、温度检测信号传输通道：
U4内部3组切换开关接受MCU的信号控制，而处于不同的连接组态。在MCU采集RTD输送的温度信号时，模拟开关（CD4050）K1、K3、K5处于 “通”状态，温度检测信号送先输入电压放大倍数为50的U1同相放大器放大至一定幅度后，再送入N1、N2（RC4558含两级运算放大器）组成对数放大器和迟滞比较器处理，经光耦合器IC1进行光电隔离后送入U6的13脚。
IC1不同于一般的光耦合器件，一般光耦合器仅适用于传递开关量信号，但IC1的信号隔离传输有较好线性，同时也可用于模拟信号的传输。输入温度检测信号电压引起输出侧内部二极管C、E极间的电阻变化，从而在负载电阻R27得到信号电压，输入MCU电路。
2、环境温度检测信号传输通道：
电子电路有“温漂”特性，在一定程度上对温度的检测精度有所影响。因而检测环境温度的变化，对电路的输出值进行随机性修正，就很有必要了。利用用晶体管S9014的发射结电压随温度变化其导通压降产生变化的特性，来检测仪表安装环境的温度变化，取向环境温度检测信号。
当K2、K3、K3接通时，环境温度检测信号也传输至N1、N2电路，经处理后送MCU。
3、-2.5V基准电压检测通道：
温度检测电路，需用到一路基准电压，做为模拟比较的参考。该电路的正常与稳定，影响到信号传输的精度和稳定。当K6闭合时，-2.5V基准电压也经N1、N2电路传输至MCU。
问题是：
1、运算放大器N1为对数放大器，而温度传感器为RTD器件，输出信号是线性的，用对数放大器处理线性模拟电压信号，将线性电压转换为非线性电压，似无必要；
2、N2与外围元件组成迟滞电压比较器电路，3脚输入温度信号与2脚的-1V基准电压相比较（经R2、R6、R7对-2.5V基准电压分压取得），更是将输入模拟信号变成了“开关”信号，道理上好像更说不通了；
3、EL817（图中IC1）虽为线性较好的光耦器件，但传输信号却仍为迟滞电压比较器输出的“开关”信号。MCU引脚功能为RC2/CCP1，显然此处是利用了RC2（数字信号输入功能），似乎更佐证了输入MCU的13脚的确为开关信号，至于IC1采用线性光耦或普通光耦器件，就变得不再重要。
但输入MCU的13脚的，真的是纯粹的开关信号吧？或者其中包含有模拟电压的信息？此处传递的是包含数字信号和模拟信号的“混合信号”？
K1~K6的切换与切换速度，取决于MCU的输出控制信号，如何切换，是出于设计者（软件编程者）的意图，从硬件电路上我们不得而知。如此一来，信号通道所传输的连续的模拟信号，在切换信号作用下，就成为了离散的“开关”信号，但信号幅度，仍含有“模拟量”的信息。
如此一来，也许我们就不能以纯粹模拟电路的眼光和角度，来分析和对待如图1所示的温度检测电路了。N1、N2这部分用于修理前级信号的共用末级电路，该定义为模拟信号电路还是处理开关量信号的电路呢？而最后传输至MCU的信号，是模拟电压信号还是开关量信号抑或是两者的混合信号呢？或者是N1、N2电路在这里起到了模/数转换作用呢？
由于本人才疏学浅，一时不能理清电路的实质性原理和作用，对MCU对输入信号的内部处理，也心中无数，郁闷啊。恳请师傅们给予解惑为盼！
旷野之雪
2011年7月1日
这是本人测绘一例温度仪表的温度信号处理电路，电路主要由运算放大器RC4558、多路模拟开关CD4050构成，为便于原理分析，将CD4050内部开关“展开”为下图电路。K1~K6的开关状态由单片机MCU输出的二进制信号来控制。现在有部分电路的工作原理不明，特发此文，向各位对传感器、仪表电路比较熟悉的师傅请教。
MCU（单片机）的外围电路，U1、IC1、U4等数字、运放电路，用于处理温度传感器——热电阻RTD采集到的现场温度信号，这个处理过程是在MCU的控制下进行的，与软件控制程序密切相关，信号的处理过程，有软、硬件结合的特点。MCU输出的数字控制（二进制）信号，输入至三二选一（相当于3组单刀双掷开关）开关电路U4（CD4053）的9、10、11脚，对内部3组二选一开关的合、断进行控制，以改变温度检测电路的信号处理和传输方式。将U4内部模块开关电路进一步分解，形成如图6-20所示的温度信号处理电路，以便对工作过程有更为直观的认识。
U1电路又构成恒流源输出电路：U1信号输入、输出端之间串入了电阻R53，U1输出电流=输入端两信号之差/R53+RTD，在输入基准电压为稳定值时，电路具有恒流源特性，能为RTD提供一个稳定的电流源。在使用RTD时，RTD流过测量电流而产生“自热”，如流过的测量电流不稳定，则会产生随机性误差。温度变化引起了RTD的电阻变化，测量端的输出电压信号也在同步变化，但流经RTD的电流值却能保持恒定，一定程度上提高了测量精度。
换一种角度看，U1接成差动放大器的电路（减法电路）形式，RTD将温度变化引起的电阻值变化，转化为mV线电压信号输入至U1的同相输入端5脚，与反相端输入的基准电压相比较，两信号的差值被输出，温度上升时，输出信号往正的方向变化。R4、R45、C2组成温度补偿电路，消除RTD引线电阻随温度变化带来的测量误差。U1输出端1脚的输出电压信号，经C5、R18、C6、R19、E3组成的低通滤波器，滤除可能存在的高频干扰信号后，将温度检测信号送往后级电路。
1、温度检测信号传输通道：
U4内部3组切换开关接受MCU的信号控制，而处于不同的连接组态。在MCU采集RTD输送的温度信号时，模拟开关（CD4050）K1、K3、K5处于 “通”状态，温度检测信号送先输入电压放大倍数为50的U1同相放大器放大至一定幅度后，再送入N1、N2（RC4558含两级运算放大器）组成对数放大器和迟滞比较器处理，经光耦合器IC1进行光电隔离后送入U6的13脚。
IC1不同于一般的光耦合器件，一般光耦合器仅适用于传递开关量信号，但IC1的信号隔离传输有较好线性，同时也可用于模拟信号的传输。输入温度检测信号电压引起输出侧内部二极管C、E极间的电阻变化，从而在负载电阻R27得到信号电压，输入MCU电路。
2、环境温度检测信号传输通道：
电子电路有“温漂”特性，在一定程度上对温度的检测精度有所影响。因而检测环境温度的变化，对电路的输出值进行随机性修正，就很有必要了。利用用晶体管S9014的发射结电压随温度变化其导通压降产生变化的特性，来检测仪表安装环境的温度变化，取向环境温度检测信号。
当K2、K3、K3接通时，环境温度检测信号也传输至N1、N2电路，经处理后送MCU。
3、-2.5V基准电压检测通道：
温度检测电路，需用到一路基准电压，做为模拟比较的参考。该电路的正常与稳定，影响到信号传输的精度和稳定。当K6闭合时，-2.5V基准电压也经N1、N2电路传输至MCU。
问题是：
1、运算放大器N1为对数放大器，而温度传感器为RTD器件，输出信号是线性的，用对数放大器处理线性模拟电压信号，将线性电压转换为非线性电压，似无必要；
2、N2与外围元件组成迟滞电压比较器电路，3脚输入温度信号与2脚的-1V基准电压相比较（经R2、R6、R7对-2.5V基准电压分压取得），更是将输入模拟信号变成了“开关”信号，道理上好像更说不通了；
3、EL817（图中IC1）虽为线性较好的光耦器件，但传输信号却仍为迟滞电压比较器输出的“开关”信号。MCU引脚功能为RC2/CCP1，显然此处是利用了RC2（数字信号输入功能），似乎更佐证了输入MCU的13脚的确为开关信号，至于IC1采用线性光耦或普通光耦器件，就变得不再重要。
但输入MCU的13脚的，真的是纯粹的开关信号吧？或者其中包含有模拟电压的信息？此处传递的是包含数字信号和模拟信号的“混合信号”？
K1~K6的切换与切换速度，取决于MCU的输出控制信号，如何切换，是出于设计者（软件编程者）的意图，从硬件电路上我们不得而知。如此一来，信号通道所传输的连续的模拟信号，在切换信号作用下，就成为了离散的“开关”信号，但信号幅度，仍含有“模拟量”的信息。
如此一来，也许我们就不能以纯粹模拟电路的眼光和角度，来分析和对待如图1所示的温度检测电路了。N1、N2这部分用于修理前级信号的共用末级电路，该定义为模拟信号电路还是处理开关量信号的电路呢？而最后传输至MCU的信号，是模拟电压信号还是开关量信号抑或是两者的混合信号呢？或者是N1、N2电路在这里起到了模/数转换作用呢？
由于本人才疏学浅，一时不能理清电路的实质性原理和作用，对MCU对输入信号的内部处理，也心中无数，郁闷啊。恳请师傅们给予解惑为盼！
旷野之雪
2011年7月1日
咸庆信变频器维修专题博客：http://blog.gkong.com/blog.asp?name=xq%30%39%31%38%31
【博客文章全为原创，多为维修笔记，旨在技术交流，互相提高。以变频维修及其它工控类文章为主，间或放进些诗歌散文，以起到阅读中的调适作用，也是原创。欢迎转载，欢迎留言探讨有关工控的技术问题！欢迎赐教与指正！转载最好注明文章出处标以转载字样，以期规范转载行为。所有文章大家随便看，不搞什么须登陆,须回复才能打开的设置!这是我的公告。--旷野之雪】
《精选工业电器电路原理图析与实用检修》、《变频器实用电路图集与原理图说》、《变频器电路维修与故障实例分析》、《PLC技术与应用——专业技能入门与精通》已经出版。
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