CN108692823A - 一种基于嵌入式技术的pt100温度变送器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，包括PT100热电阻温度传感器、恒流源电路、运算放大器电路、模数转换器电路、CPU电路、通讯电路，通过增加模拟量处理电路的高精度低温漂稳压源，结合二次低频滤波与卡尔曼滤波，使得输出信号更平滑，响应更迅速，CAN总线在距离和通讯速率上选取了更好的结合点，精度高，可靠性好，能够适应恶劣环境，反应速度快，能够在各种严酷的条件下，以高稳定性、高精度的参数实现数据采集与通讯的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置。
背景技术
工业领域中通常采用温度、压力、流量参数作为基础常采集模拟量，在船舶行业中，随着船舶电器自动化技术的全面推广应用，向着高度集成化和实时化的方向不断发展，对船舶***的运行安全性和稳定性要求也越来越高，而传统温度传感器精度低，可靠性不好，不能适应船舶***灵活组网的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种精度高，可靠性好，能够适应恶劣环境，反应速度快，基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置。
本发明的基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：包括PT100热电阻温度传感器，PT100热电阻温度传感器连接有能够为PT100热电阻温度传感器提供恒定电流的恒流源电路，和能够对PT100热电阻温度传感器初次滤波后的电压进行二次滤波处理的运算放大器电路，运算放大器电路经模数转换器电路连接有能够根据模数转换器电路传输的数字信号计算PT100热电阻温度传感器实际电阻值的CPU电路，CPU电路能够根据PT100热电阻温度传感器的实际电阻值换算准确温度数据并进行三次滤波，CPU电路经通讯电路连接至外部控制单元；
所述恒流源电路设置有两组电流发生器，每组电流发生器设置有一个恒流配置电阻、两个并列设置的第一恒流配置电容、第二恒流配置电容，和一个电流微调电阻；
所述运算放大器电路设置有一个放大器模拟电源和四个运算放大器增益配置电阻，四个运算放大器增益配置电阻分别为连接在PT100热电阻温度传感器两端的第一运算放大器增益配置电阻、第二运算放大器增益配置电阻，和连接在运算放大器电路与模数转换器电路之间的第三运算放大器增益配置电阻，以及连接在运算放大器电路接地端的第四运算放大器增益配置电阻；
所述模数转换器电路设置有基准电压源和模数转换芯片；
所述CPU电路包括主电源电路、CPU芯片、有源晶振芯片和去耦电容；
所述通讯电路包括通讯电源电路、通讯芯片、通讯保护器件；
所述CPU电路、通讯电路与外部控制中心之间通过CAN总线通讯连接，CAN总线通讯速率为125K；
所述恒流源电路的恒定电流为1mA，PT100热电阻温度传感器的采样电阻值区间为50Ω～420Ω；
所述模数转换器电路的参考基准电压源型号为REF5040；
所述CPU电路的三次滤波为卡尔曼滤波。
本发明的基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，通过增加模拟量处理电路的的高精度低温漂稳压源，结合二次低频滤波与卡尔曼滤波，使得输出信号更平滑，响应更迅速，CAN总线在距离和通讯速率上选取了更好的结合点，精度高，可靠性好，能够适应恶劣环境，反应速度快，能够在各种严酷的条件下，以高稳定性、高精度的参数实现数据采集与通讯的功能。
附图说明
图1是本发明实施例基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置电路结构示意图；
图2是本发明实施例基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置原理结构示意图。
具体实施方式
如图所示，一种基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，包括PT100热电阻温度传感器2，PT100热电阻温度传感器2连接有能够为PT100热电阻温度传感器2提供恒定电流的恒流源电路1，和能够对PT100热电阻温度传感器2初次滤波后的电压进行二次滤波处理的运算放大器电路3，运算放大器电路3经模数转换器4电路连接有能够根据模数转换器电路4传输的数字信号计算PT100热电阻温度传感器2实际电阻值的CPU电路5，CPU电路5能够根据PT100热电阻温度传感器2的实际电阻值换算准确温度数据并进行三次滤波，CPU电路5经通讯电路6连接至外部控制单元。
恒流源电路1设置有两组电流发生器，每组电流发生器设置有一个恒流配置电阻R1、两个并列设置的第一恒流配置电容C1、第二恒流配置电容C2，和一个电流微调电阻Rj1；
运算放大器电路3设置有一个放大器模拟电源9和四个运算放大器增益配置电阻，四个运算放大器增益配置电阻分别为连接在PT100热电阻温度传感器两端的第一运算放大器增益配置电阻Rg1、第二运算放大器增益配置电阻Rg2，和连接在运算放大器电路与模数转换器电路之间的第三运算放大器增益配置电阻Rg3，以及连接在运算放大器电路接地端的第四运算放大器增益配置电阻Rg4；
模数转换器电路4设置有基准电压源9和模数转换芯片U2；
CPU电路5包括主电源电路8、CPU芯片、有源晶振芯片和去耦电容；
通讯电路6包括通讯电源电路7、通讯芯片和通讯保护器件，通讯电源电路7同时连接有第一通讯芯片Uc2和 第二通讯芯片Uc4两组通讯芯片，第一通讯芯片Uc2连接有第一通讯保护器件Uc3，第二通讯芯片Uc4连接有第二通讯保护器件Uc5；
CPU电路5、通讯电路6与外部控制中心之间通过CAN总线通讯连接，CAN总线通讯速率为125K；
恒流源电路1的恒定电流为1mA，PT100热电阻温度传感器2的采样电阻值区间为50Ω～420Ω；模数转换器4电路的参考基准电压源8型号为低噪声、极低漂移、高精度电压基准REF5040；CPU电路5的三次滤波为卡尔曼滤波。
本发明的基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，通过增加模拟量处理电路的的高精度低温漂稳压源，结合二次低频滤波与卡尔曼滤波，使得输出信号更平滑，响应更迅速，CAN总线在距离和通讯速率上选取了更好的结合点，精度高，可靠性好，能够适应恶劣环境，反应速度快，能够在各种严酷的条件下，以高稳定性、高精度的参数实现数据采集与通讯的功能。
具体实施方案：一种基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，尤其涉及一种用于船舶的带卡尔曼滤波和工频滤波的PT100温度变送器装置，属于船舶电气设备技术领域。
目的在于提供一种PT100温度变送器装置，实现在各种严酷的条件下，以高稳定性、高精度的参数将数据采集与通讯的功能。
一种PT100温度变送器装置，由恒流源电路1的电流发生器产生恒定1mA电流、被测温度传感器为PT100热电阻2，电流流经PT100热电阻温度传感器2产生电压，将电压进行滤波供运算放大器电路3使用，运算放大器电路3对此电压进行二次滤波并放大，AD转换电路即模数转换器电路4将运放电路3的输出电压进行模数转换，模数转换后的16位数字量通过SPI总线传递给处理器CPU电路5，处理器CPU电路5将对从AD转换电路即模数转换器电路4中得到的数字信号中反推计算出此刻的PT100热电阻温度传感器2的实际电阻值，对此值进行查表，得到此刻的准确温度，再将温度进行卡尔曼滤波提高温度的稳定性，最后将信号转换为16位数字量存入到处理器CPU电路5的寄存器中，通讯电路6实现外界数据处理单元和PT100温度变送器之间的通讯连接。
还可以通过以下技术措施来进一步实现：
前述一种基于嵌入式技术的PT100温度变送装置，其中恒流源为1mA。
前述一种基于嵌入式技术的PT100温度变送装置，其中采样电阻值区间为50Ω-420Ω。
前述一种基于嵌入式技术的PT100温度变送装置，其中CAN通讯速率为125K。
前述一种基于嵌入式技术的PT100温度变送装置，其中AD转换参考基准电压源型号为REF5040。
与现有技术相比的有益效果是：通过增加模拟量处理电路的的高精度低温漂稳压源，并结合低频滤波与卡尔曼滤波，使输出更平滑，响应更迅速，CAN总线在距离和通讯速率上选取了更好的结合点。
恒流源电路1包括恒流配置电阻R1、恒流配置电容C1、恒流配置电容C2、电流微调电阻Rj1；运算放大器电路3包括放大器模拟电源9、运算放大器增益配置电阻Rg1、Rg2、Rg3、Rg4.；模数转换器电路4包括基准电压源8、模数转换芯片U2；CPU电路5包括主电源电路7、CPU芯片Uc1、有源晶振芯片Y1、去耦电容Cu1；
通讯电路6包括通讯电源电路7、通讯芯片Uc2和Uc4、通讯保护器件Uc3和Uc5；
首先，主电源电路上电，基准电源电路、通讯电源电路、运放电路电源分别上电。恒流源电路得电，通过芯片内部电流管理，输出电流取决于串联于OUT端和GND端并联的电阻，此处有一个电位器，用来微调电流，此电流流经被测PT100温度传感器，产生压差Vh+，另有一路相同的电流，流过补偿线，补偿线对地产生压降Vl+，运放配置为10倍增益，运放的输入端分别为Vh+、Vl+。运放输出的电压经RC滤波后送入模数转换电路，模数转换电路有一个单独的基准电压源，此模数转换器为16位，采样速率为、。。。，AD转换器的16位数据通过SPI总线和CPU进行数据交换，CPU将得到的数据先进行反推算，根据增益、电流源电流、利用基尔霍夫定律算出此时的电阻值，由于现场工作环境复杂，所以专门针对工频干扰设定了50Hz工频滤波，又为进一步的平滑滤波，加入了卡尔曼滤波算法，得到的电阻值通过查表，根据模块采用的温度范围，算出实际温度，再将此温度转化成16位满量程数据存入寄存器等待被读取。通信电路由通讯电源供电来获得通讯隔离的效果，通讯芯片Uc2和Uc4为CAN通讯隔离芯片，直接和CPU连接，将数据发送到总线上，Uc3和Uc5为通讯保护器，当由于外部干扰使通讯电压大于通讯电源电压时，通讯保护器负责将电压降到安全的范围内。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，工频滤波和卡尔曼滤波的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：包括PT100热电阻温度传感器，PT100热电阻温度传感器连接有能够为PT100热电阻温度传感器提供恒定电流的恒流源电路，和能够对PT100热电阻温度传感器初次滤波后的电压进行二次滤波处理的运算放大器电路，运算放大器电路经模数转换器电路连接有能够根据模数转换器电路传输的数字信号计算PT100热电阻温度传感器实际电阻值的CPU电路，CPU电路能够根据PT100热电阻温度传感器的实际电阻值换算准确温度数据并进行三次滤波，CPU电路经通讯电路连接至外部控制单元。
2.根据权利要求1所述基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：所述恒流源电路设置有两组电流发生器，每组电流发生器设置有一个恒流配置电阻、两个并列设置的第一恒流配置电容、第二恒流配置电容，和一个电流微调电阻。
3.根据权利要求1所述基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：所述运算放大器电路设置有一个放大器模拟电源和四个运算放大器增益配置电阻，四个运算放大器增益配置电阻分别为连接在PT100热电阻温度传感器两端的第一运算放大器增益配置电阻、第二运算放大器增益配置电阻，和连接在运算放大器电路与模数转换器电路之间的第三运算放大器增益配置电阻，以及连接在运算放大器电路接地端的第四运算放大器增益配置电阻。
4.根据权利要求1所述基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：所述模数转换器电路设置有基准电压源和模数转换芯片。
5.根据权利要求1所述基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：所述CPU电路包括主电源电路、CPU芯片、有源晶振芯片和去耦电容。
6.根据权利要求1所述基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：所述通讯电路包括通讯电源电路、通讯芯片、通讯保护器件。
7.根据权利要求1所述基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：所述CPU电路、通讯电路与外部控制中心之间通过CAN总线通讯连接，CAN总线通讯速率为125K。
8.根据权利要求1所述基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：所述恒流源电路的恒定电流为1mA，PT100热电阻温度传感器的采样电阻值区间为50Ω～420Ω。
9.根据权利要求4所述基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：所述模数转换器电路的参考基准电压源型号为REF5040。
10.根据权利要求1所述基于嵌入式技术的PT100温度变送器装置，其特征在于：所述CPU电路的三次滤波为卡尔曼滤波。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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