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1、基于隔离和网络技术的高精温湿度测量仪表lihan导语：介绍了基于隔离和网络技术的高精温湿度测量仪表。l温湿度显示仪的硬件设计本仪表的硬件电路局部主要是有温、湿度通道独立电源电路，温、湿度采样电路，信号调节电路，模数转换电路，光电隔离电路，处理器采用AT89S52单片机，同时还有LED显示电路，通讯电路，键盘电路等构成，其构造图如图1所示。以下将对各局部的电路做相应的介绍。1.1温度湿度变送器非电量的温度湿度信号通过变送器形成420mA电量信号。本方案中采用了奥地利E+E公司的EE10-FT6的高性能温湿度综合变送器。EE10一FT6产品特点：124VDC供电；2温度量程：O50；湿度量程：01
2、00；3温度精度：0.1；湿度精度：1.0；4输入阻抗：500；5接线方式：三线电源正端、温度输出线、湿度输出线。1.2隔离测量技术常规温度湿度测量，往往将温度、湿度信号共地，利用一套测量电路即可。在本方案中，变送器的输出要先行接入温湿度显示仪前端，再串接于DDC直接数字控制器后端构成变送器回路，变送器电源由DDC来提供，因此由变送器输出的两路共地信号在前端需要进展隔离测量，以消除对后端测量的影响。即两端串联并同时测量一对共地信号。对于模拟量隔离测量，笔者曾经考虑3套方案：方案一虚隔离，即采用差分测量技术，将差分一端经过一适当电阻接地，这种方案本钱最低，但是对于运放的要求特别苛刻，而且稳定性不
3、高。方案二采用线性光耦隔离，但线性光耦难以调试，离散性大，需要周边元器件多运算放大器，而且光耦前端仍需隔离电源，后端仍需模数转换器。方案三采用两组独立测量电路，然后通过普通光耦与处理器接口，需要两套隔离电源，两组测量局部，本钱稍高，但此种方案最可靠，调试方便，因此最终被采用，如图2所示。l.3420mA电流测量采样电阻采用1250.1精细电阻，这样，只需测量O.52.5V电压信号即可。1.4放大器及模数转换器应用本温湿度显示仪模拟信号变换采用TI公司的轨对轨运放TLC2252，该放大器最大的特点一是输出可达电源满幅，二是失调电压较小，0.5mV，价格较低，合适本仪表应用。模数转换器ADC采用T
4、I公司的ADS1286U，此芯片主要性能有：1分辨率：12位；2最高采样频率：20kHz；3INL：2LSBmax；4DNL：1LSBmax；5接口方式：两线制6参考电压：外接。1.5分辨率及精度本仪表需要知足的要求：分辨率方面，温度显示到O.01，湿度显示到0.1；精度方面，要到达与自控系统的DDC测量值之间的绝对误差不得大于003。这样的苛刻要求使得本仪表在软硬件方面都必须做的非常到位。1.6数字滤波技术为知足以上分辨率及精度的要求，除了在硬件上选择性价比高的元器件以及较高的PCB板技术外，在软件上做了较多的工作。由于温度湿度物理量是惯性环节，时间常数较大，量值不会产生突变，故滤波时间可以
5、很长。本仪表中采用屡次测量排序取中值然后再进展一阶惯性滤波的方法，数学表达式如下：其中Xn-1为上次实际温湿度值；Xn-2本次经过排序取来的中值；Xn为当前的温湿度值；A为滤波时间常数，作为系数。这样做的目的是防止某些测量突变，以及知足惯性物理量的测量，使得测量值不会频繁跳跃，可以知足需求。1.7网络通讯技术本仪表采用RS485通讯，通讯规约为MODBUS-RTU，然后通过MODBUS-PROFIBUS网关与西门子DDC通讯，波特率为38.4kbs。总线采用轮询方式，后台机对各个房间温湿度进展收集，作为房间温度湿度集中监控的根据。1.8精度校准及参数本仪表出厂前均已校准，但考虑到长期运行后，元
6、器件老化及环境温度的变化，可能会造成仪表出现精度偏向，故仪表上设有精度校准功能。校准时，需要一只标准420mA信号表，按照显示提示，分别将信号源调至各档位，然后由仪表自动校准，校准系数值存入非易失性存储器中。本仪表具有现场手动调校功能，调节电位器旋钮可使得温度湿度在某个短量程范围内更加精准。所有的参数设定都可通过网络或者仪表按键进展操纵，掉电不丧失。2温湿度显示仪的软件设计主要程序包括：温度测量子程序、湿度测量子程序、键盘扫描及实现子程序、校准子程序，其中测量子程序内嵌模数转换、数据处理、形成显示数据等；键盘扫描及实现子程序内嵌显示页面切换、参数设定、校准确认等；校准子程序内嵌双通道切换校准及
7、校准数值存储等。中断效劳程序包括：定时器中断用于显示子程序、通讯中断子程序。主程序为依次循环执行，综合外部操纵键盘，实现仪表多重功能；中断效劳程序可以随时中断主程序的执行，两者互不影响。本仪表中模数转换是关键，除了在硬件上保证信号的较好处理外，软件上的处理就显得很重要了，下面给出模数转换器ADS1286的访问程序，此芯片的DATASHEET上时序逻辑只是一个根本的经过，详细要得出可靠的数值，需要在调试中探索，这个程序是笔者调试好的，效果不错。讲明：本子程序转换后的12位AD值存放于02H03H中。讲明：本中断效劳程序为MODBUS从站响应程序，本仪表只用到MODBUS功能码中的03号及06号，即模拟量遥测及参数设定。3结语本仪表成功应用于上海市检测中心400个实验室中目前运行状况良好，与DDC间绝对误差不超过O.03。