【摘要】：介紹了由C8051F017構(gòu)建的智能二線制溫度變送器,分析了系統(tǒng)實現(xiàn)的理論依據(jù)。硬件采用低功耗線性變換器MAX1616和TLC27L2、TLE2021運算放大器,通過信號處理模塊對采集的被測信號進行放大,再用數(shù)據(jù)處理模塊進行信號的軟件線性化處理,最后通過V/I變換模塊把反映溫度的線性變化信號調(diào)制成電壓信號后,轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流信號(0～16mA),加上系統(tǒng)的靜態(tài)電流4mA,形成4～20mA的電流信號通過二線電流線輸出。軟件采用查表法和計算法結(jié)合的插值法。該裝置精度可以保證在0.1%,可靠性較好,電路簡單,成本低,體積小,生產(chǎn)調(diào)試方便。

引言
二線制熱電阻溫度變送器將溫度信號線性地變換成4~20mA直流標準輸出信號。模擬二線制溫度變送器大都采用分離元件組成,存在較大的溫度漂移;同時熱電阻本身存在非線性,其精度大多不高。隨著微處理器功耗的降低和新器件的不斷出現(xiàn),“A/D+微處理器+D/A”模式的智能變送器在信號處理、測量精度、儀表維修和維護等方面存在較大的優(yōu)勢。

智能溫度變送器在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分為電源管理模塊、因此要求微處理器和周圍器件必須采用低功耗器件，保證其整體電流小于4mA

2.硬件組成
由于采用微處理作為核心，因此要求微處理器和周圍器件必須采用低功耗器件，保證其整體電流小于4mA.

2.1 電源管理模塊
采用Maxim公司的高電壓低功耗線性變換器MAX1616用于電壓變換。該器件將輸入的24V電壓變換成5V電壓，給外圍器件供電。為進一步降低微處理器的功耗和提高數(shù)據(jù)處理精度，再把5V電壓經(jīng)過MAX619輸出一個3V高精度的電壓基準，對微處理器供電，并為A/D轉(zhuǎn)換提供參考電壓。

此數(shù)據(jù)運算模塊的硬件電路較為簡單，只設(shè)4個操作鍵，通過軟件管理，實現(xiàn)溫度測量基準值調(diào)節(jié)、溫度測量斜率值調(diào)節(jié)、基準電流值調(diào)節(jié)和滿量程電流值調(diào)節(jié)等功能。

2.4 V/I變換模塊
 
V/I變換模塊電路如圖3所示，V/I變換部分彩負載共地方式，由TI公司的高速低功耗精密運算放大器TLE2021、精密電阻R1~R6及TI組成。Vi為輸入電壓，Io為輸出電流，R5為取樣反饋電阻，R3，R6為限流電阻，R7為負載電阻，R5取樣電流信號以電壓形式加到運算放大器的輸入端，形成1個電流并聯(lián)負反饋電路。

2.5系統(tǒng)功耗

經(jīng)測試，電源管理部分主要器件MAX1616的靜態(tài)電流為80uA,MAX619的靜態(tài)電流為100uA.信號處理部分主要器件X9C104和X9C504的靜態(tài)電流各為500uA，TCL27L2的靜態(tài)電流為120uA。數(shù)據(jù)運算部分主要器件C8051F017的靜態(tài)電流為1mA.V/I轉(zhuǎn)換部分主要器件TLE2021的靜態(tài)電流為230uA、ICL7660的靜態(tài)電流近似為200uA.其他元件大約為500uA.該系統(tǒng)的總體靜態(tài)電流為3.37mA.

3.軟件組成

3.1 A/D轉(zhuǎn)換

為使A/D轉(zhuǎn)換器滿足一定的轉(zhuǎn)換精度，就必須讓取樣電路的保持電容有足夠的充電時間。系統(tǒng)采用1MHz晶振，A/D轉(zhuǎn)換時鐘周期選擇16個系統(tǒng)時鐘周期。其轉(zhuǎn)換程序為：

3.2 線性化處理

多數(shù)傳感器的輸出信號與被測參數(shù)之間均呈非線性關(guān)系，這是造成測量精度低、誤差大的主要原因。熱電阻的輸出電壓與被測溫度之間也是非線性關(guān)系，對非線性的補償，采用查表法和計算法結(jié)合的插值法。通過精密電阻箱模擬鉑電阻的分度表，每隔5度獲取其10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，顯示在LCD上，得到關(guān)于被測溫度與A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值對照表。通過該表可以建立起被測溫度與A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值之間的對應(yīng)曲線，彩線性插值法進行插值。