发表于：2002/7/30 19:55:00
#0楼
(本文刊登在《仪表技术》2000年第一期）
摘要：介绍一种新型智能化多点温度检测仪。仪器可以混合接入8点热电阻、热电偶信号，具有显示、闪光报警功能。
关键词：单片机W78E52 温度测量 硬件 软件
在不同的温度测量场合中，使用着各种规格的热电阻和热电偶，如果选用普通的显示仪表时，为了与这些测温元件相匹配，需要配备多种规格的温度仪表，并且仪表的功能也比较单一，很难满足用户的实际需要。随着单片机技术的发展，用较低的成本解决温度测量中的这一实际问题成为可能。
本文介绍一种使用单片机W78E52为核心的多功能智能化多点温度显示仪，用户只要在仪器面板上通过参数输入，就可在其8个温度测量信号的输入端任意接入各种型号的热电阻、热电偶，修改各测温点的报警值。在仪器面板上还设有8个发光二极管，以实现闪光报警功能。
一、 测量原理
1 热电阻的阻值测量原理
图1 热电阻的阻值测量原理图
如图1，当恒流源i通过接线端子A、C向以三线制方式连接的热电阻Rt供电时，在Rt上的电压VRt=VAC-i*(r1+r3)。通常，导线电阻r1=r2=r3，r2上无电流流过，电压降为零。由此可以得出，VRt=VAC-2i*r3=VAC-2*VBC。如果图中恒流源电流i保持不变，根据欧姆定律，被测电阻上的电压VRt和被测电阻Rt成正比，在放大器放大倍数以及A/D转换器参数稳定的前提下，可以采用电路标定方法得到的参数计算出被测电阻Rt的值。在电路标定时，将标准电阻Rref 以三线制方式连接在接线端子A、B、C上，此时标准电阻Rref上的压降VRref=i*Rref。将VRref放大，A/D转换后存入EEPROM中。在以后的测量程序中，分别测出三线制热电阻Rt上的电压VAC和VBC，计算得到VRt后，由算式Rt=Rref*(VRt/VRref)得到热电阻Rt的值。
2 热电势测量原理
在图1中的B、C端接入热电偶信号，如果热电偶电势值为Vt，经放大器放大，A/D转换后得到与热电势大小成正比的信号值为VT。与热电阻的阻值测量一样，在放大器放大倍数以及A/D转换器参数稳定的前提下，可以采用电路标定方法得到的参数计算出被测的热电势值Vt来。在电路标定时，B、C端接入一个标准毫伏信号Vref，经放大，A/D转换后得到的信号值VTref存入EEPROM中。在以后的测量程序中，将测量得到的信号值VT，由算式Vt=Vref*(Vt/VTref)得到热电势Vt的值。
二、硬件设计
1 程控放大电路
图2 程控放大电路原理图
如图2，来自仪表外部的热电阻或热电偶信号按通道号接至对应的接线端子上，对于热电偶信号，A端悬空。程控放大器通过CMOS开关U2、U3，对来自热电阻、热电偶输入端子板上的A-C、B-C间的电压进行选择后，送高精度运放ICL7650放大，放大器的增益由反馈网络上的电阻R1-R4 经CMOS开关U4选择决定，由于ICL7650的输入电流极小，CMOS开关U4的导通电阻对放大器的增益影响可以忽略。恒流源TR1选用杭州大学研制的简单可靠、较为经济的精密恒流元件3CR3A，恒定电流i与外电阻R5有关，i=1.25/R5。恒流源经CMOS开关U1对某个通道的热电阻进行恒流供电，为防止A端悬空时U1的输入端过压，用稳压管D2进行电压限幅。
为适应不同分度号的热电偶、热电阻，程控放大器提供了三档放大倍数，可满足各种热电阻和热电偶的信号范围：热电阻0～295Ω，热电偶0～±50mV、0～±10mV。结合4 1/2位A/D转换器ICL7135，测量PT100热电阻时，仪表的分辨率可达0.1℃，对于热电偶测量，分辨率可达0.1%±1个字。
对于热电偶冷端温度的测量，由硅三极管3DG6来完成，其输出电压Vbe为0.6V左右，测温灵敏度约-2.2mV/℃，通过ICL7135 A/D直接转换后约20个字/℃，无需放大就可满足冷端温度补偿对信号的要求。三极管用作测温传感器具有电路简单、成本低的特点。为避免电源波动引起测温误差，三极管用基准稳压管LM385经电阻R6供电。
2 单片机电路
单片机电路如图3所示。W78E52为华邦公司生产的、用户程序不可破密的单片机芯片，芯片的引脚和指令集与80C51完全相容，内带8K字节的闪烁EEPROM，可多次反复编程，使得仪表的硬件电路较为简单，也为开发调试带来了便利条件。串行EEPROM AT24C02用于存储程控放大器参数、3DG6测温三极管的特性、每个测量通道的设置情况（连接热电阻还是热电偶，对应的分度号）以及用户设置的报警参数。操作按键PB1-PB4直接与W78E52的I/O口相连。用于通道号与温度值显示的5个七段显示器和8个报警发光二极管由W78E52的串行口输出，移位寄存器74LS164驱动。为防止移位寄存器移位操作所引起的显示器闪烁，在串行口对显示器进行显示数据更新期间，由W78E52的P2.7口关闭显示器的供电。为使仪表的印刷线路板更为紧凑，74LS164安装于显示器的后面，对二个元件间的连接进行了安排，便于布线。
图 3 单片机电路
三、软件组成
软件由标定程序和测量程序两部分组成。
1 标定程序
仪器采用半自动标定方法，对295Ω、50mV、10mV三个标准信号以及三极管温度传感器进行标定。标准信号分次接在通道1上，操作键盘选择所标定的信号，按输入键后仪器自动将处理得到的标定参数存储在对应的EEPROM AT24C02中。对三极管温度传感器的标定分二次，将绝缘处理过的三极管分别投入冰水混合物、沸水中进行。
2 测量程序
测量程序分通道设置、温度测量、闪光报警三部分
通道设置程序用于设置某个通道所连接的传感器和报警参数。
温度测量程序对每一个通道进行循环测量，按通道的传感器类型确定放大器工作状态，对于热电偶信号还需测量冷端温度。编程时，在W78E52的闪烁EEPROM内写入了各类热电阻、热电偶的特性曲线，利用线性插值原理计算温度。
闪光报警程序根据状态方程，用单片机的逻辑运算指令编制，程序简单明了。具体的做法是，将测量得到的温度值与对应的报警值比较，在W78E52 内部RAM中建立本次采样的报警标志ALARM(i)、闪光标志FLASH(i)，以及上一次采样的报警标志ALARM(i-1)、闪光标志FLASH(i-1)，如果确认信号为ACK，则闪光标志FLASH(i)由下列状态方程得出：
FLASH(i)=NOT(ACK)*(ALARM(i)*NOT(ALARM(i-1))+FLASH(i-1))
在8点温度中只要有一点温度在闪光，即闪光标志为“1”，开启报警声。
在程序中建立一个频率为1赫兹的方波信号T，则报警灯LAMP(i)状态由下列状态方程得出：
LAMP(i)=NOT(FLASH(i))*ALARM(i)+T*FLASH(i)
四、结束语
本仪表能输入8点不同传感器的温度信号，带闪光报警功能，测量精度高，电路简单成本低，适合在国内推广。
参考文献
1. 吴勤勤，都志杰等编著.微机化仪表原理及设计.第一版.上海：华东化工学院出版社，1991.
2. 8位单片机产品介绍 Winbond Electronics corp.1996.8 VA1.
实在对不起大家，我离开这个论坛太久了，今天才看到有这么多朋友索取资料，谢谢大家对我的支持！我今天告诉大家一个我的博客地址，上面有这篇文章，大家可以去看看。
http://elecfree.blog.163.com
摘要：介绍一种新型智能化多点温度检测仪。仪器可以混合接入8点热电阻、热电偶信号，具有显示、闪光报警功能。
关键词：单片机W78E52 温度测量 硬件 软件
在不同的温度测量场合中，使用着各种规格的热电阻和热电偶，如果选用普通的显示仪表时，为了与这些测温元件相匹配，需要配备多种规格的温度仪表，并且仪表的功能也比较单一，很难满足用户的实际需要。随着单片机技术的发展，用较低的成本解决温度测量中的这一实际问题成为可能。
本文介绍一种使用单片机W78E52为核心的多功能智能化多点温度显示仪，用户只要在仪器面板上通过参数输入，就可在其8个温度测量信号的输入端任意接入各种型号的热电阻、热电偶，修改各测温点的报警值。在仪器面板上还设有8个发光二极管，以实现闪光报警功能。
一、 测量原理
1 热电阻的阻值测量原理
图1 热电阻的阻值测量原理图
如图1，当恒流源i通过接线端子A、C向以三线制方式连接的热电阻Rt供电时，在Rt上的电压VRt=VAC-i*(r1+r3)。通常，导线电阻r1=r2=r3，r2上无电流流过，电压降为零。由此可以得出，VRt=VAC-2i*r3=VAC-2*VBC。如果图中恒流源电流i保持不变，根据欧姆定律，被测电阻上的电压VRt和被测电阻Rt成正比，在放大器放大倍数以及A/D转换器参数稳定的前提下，可以采用电路标定方法得到的参数计算出被测电阻Rt的值。在电路标定时，将标准电阻Rref 以三线制方式连接在接线端子A、B、C上，此时标准电阻Rref上的压降VRref=i*Rref。将VRref放大，A/D转换后存入EEPROM中。在以后的测量程序中，分别测出三线制热电阻Rt上的电压VAC和VBC，计算得到VRt后，由算式Rt=Rref*(VRt/VRref)得到热电阻Rt的值。
2 热电势测量原理
在图1中的B、C端接入热电偶信号，如果热电偶电势值为Vt，经放大器放大，A/D转换后得到与热电势大小成正比的信号值为VT。与热电阻的阻值测量一样，在放大器放大倍数以及A/D转换器参数稳定的前提下，可以采用电路标定方法得到的参数计算出被测的热电势值Vt来。在电路标定时，B、C端接入一个标准毫伏信号Vref，经放大，A/D转换后得到的信号值VTref存入EEPROM中。在以后的测量程序中，将测量得到的信号值VT，由算式Vt=Vref*(Vt/VTref)得到热电势Vt的值。
二、硬件设计
1 程控放大电路
图2 程控放大电路原理图
如图2，来自仪表外部的热电阻或热电偶信号按通道号接至对应的接线端子上，对于热电偶信号，A端悬空。程控放大器通过CMOS开关U2、U3，对来自热电阻、热电偶输入端子板上的A-C、B-C间的电压进行选择后，送高精度运放ICL7650放大，放大器的增益由反馈网络上的电阻R1-R4 经CMOS开关U4选择决定，由于ICL7650的输入电流极小，CMOS开关U4的导通电阻对放大器的增益影响可以忽略。恒流源TR1选用杭州大学研制的简单可靠、较为经济的精密恒流元件3CR3A，恒定电流i与外电阻R5有关，i=1.25/R5。恒流源经CMOS开关U1对某个通道的热电阻进行恒流供电，为防止A端悬空时U1的输入端过压，用稳压管D2进行电压限幅。
为适应不同分度号的热电偶、热电阻，程控放大器提供了三档放大倍数，可满足各种热电阻和热电偶的信号范围：热电阻0～295Ω，热电偶0～±50mV、0～±10mV。结合4 1/2位A/D转换器ICL7135，测量PT100热电阻时，仪表的分辨率可达0.1℃，对于热电偶测量，分辨率可达0.1%±1个字。
对于热电偶冷端温度的测量，由硅三极管3DG6来完成，其输出电压Vbe为0.6V左右，测温灵敏度约-2.2mV/℃，通过ICL7135 A/D直接转换后约20个字/℃，无需放大就可满足冷端温度补偿对信号的要求。三极管用作测温传感器具有电路简单、成本低的特点。为避免电源波动引起测温误差，三极管用基准稳压管LM385经电阻R6供电。
2 单片机电路
单片机电路如图3所示。W78E52为华邦公司生产的、用户程序不可破密的单片机芯片，芯片的引脚和指令集与80C51完全相容，内带8K字节的闪烁EEPROM，可多次反复编程，使得仪表的硬件电路较为简单，也为开发调试带来了便利条件。串行EEPROM AT24C02用于存储程控放大器参数、3DG6测温三极管的特性、每个测量通道的设置情况（连接热电阻还是热电偶，对应的分度号）以及用户设置的报警参数。操作按键PB1-PB4直接与W78E52的I/O口相连。用于通道号与温度值显示的5个七段显示器和8个报警发光二极管由W78E52的串行口输出，移位寄存器74LS164驱动。为防止移位寄存器移位操作所引起的显示器闪烁，在串行口对显示器进行显示数据更新期间，由W78E52的P2.7口关闭显示器的供电。为使仪表的印刷线路板更为紧凑，74LS164安装于显示器的后面，对二个元件间的连接进行了安排，便于布线。
图 3 单片机电路
三、软件组成
软件由标定程序和测量程序两部分组成。
1 标定程序
仪器采用半自动标定方法，对295Ω、50mV、10mV三个标准信号以及三极管温度传感器进行标定。标准信号分次接在通道1上，操作键盘选择所标定的信号，按输入键后仪器自动将处理得到的标定参数存储在对应的EEPROM AT24C02中。对三极管温度传感器的标定分二次，将绝缘处理过的三极管分别投入冰水混合物、沸水中进行。
2 测量程序
测量程序分通道设置、温度测量、闪光报警三部分
通道设置程序用于设置某个通道所连接的传感器和报警参数。
温度测量程序对每一个通道进行循环测量，按通道的传感器类型确定放大器工作状态，对于热电偶信号还需测量冷端温度。编程时，在W78E52的闪烁EEPROM内写入了各类热电阻、热电偶的特性曲线，利用线性插值原理计算温度。
闪光报警程序根据状态方程，用单片机的逻辑运算指令编制，程序简单明了。具体的做法是，将测量得到的温度值与对应的报警值比较，在W78E52 内部RAM中建立本次采样的报警标志ALARM(i)、闪光标志FLASH(i)，以及上一次采样的报警标志ALARM(i-1)、闪光标志FLASH(i-1)，如果确认信号为ACK，则闪光标志FLASH(i)由下列状态方程得出：
FLASH(i)=NOT(ACK)*(ALARM(i)*NOT(ALARM(i-1))+FLASH(i-1))
在8点温度中只要有一点温度在闪光，即闪光标志为“1”，开启报警声。
在程序中建立一个频率为1赫兹的方波信号T，则报警灯LAMP(i)状态由下列状态方程得出：
LAMP(i)=NOT(FLASH(i))*ALARM(i)+T*FLASH(i)
四、结束语
本仪表能输入8点不同传感器的温度信号，带闪光报警功能，测量精度高，电路简单成本低，适合在国内推广。
参考文献
1. 吴勤勤，都志杰等编著.微机化仪表原理及设计.第一版.上海：华东化工学院出版社，1991.
2. 8位单片机产品介绍 Winbond Electronics corp.1996.8 VA1.
实在对不起大家，我离开这个论坛太久了，今天才看到有这么多朋友索取资料，谢谢大家对我的支持！我今天告诉大家一个我的博客地址，上面有这篇文章，大家可以去看看。
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