基于隔离和网络技术的高精温湿度测量仪表

发布者:WanderlustHeart最新更新时间:2012-07-17 来源: 21ic 关键字:隔离  网络  温湿度测量 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  l 温湿度显示仪的硬件设计

  本仪表的硬件电路部分主要是有温、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,其结构图如图1所示。以下将对各部分的电路做相应的介绍。

结构图

  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4~20 mA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:

  (1)24 V DC供电;

  (2)温度量程:O~50℃;湿度量程:0~100%;

  (3)温度精度:±0.1℃;湿度精度:1.0%;

  (4)输入阻抗:≤500 Ω;

  (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行隔离测量,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,这种方案成本最低,但是对于运放的要求十分苛刻,而且稳定性不高。

  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,两组测量部分,成本稍高,但此种方案最可靠,调试方便,因而最终被采用,如图2所示。

隔离测量技术

  l.3 4~20 mA电流测量

  采样电阻采用125 Ω/0.1%精密电阻,这样,只需测量O.5~2.5 V电压信号即可。[page]

  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,0.5 mV,价格较低,适合本仪表应用。

放大器

  模数转换器(ADC)采用TI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:20 kHz;

  (3)INL:±2LSB/max;

  (4)DNL:±1LSB/max;

  (5)接口方式:两线制

  (6)参考电压:外接。

  1.5分辨率及精度

  本仪表需要满足的要求:分辨率方面,温度显示到O.01℃,湿度显示到0.1%;精度方面,要达到与自控系统的DDC测量值之间的绝对误差不得大于±0.03℃。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

  为满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。因为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,故滤波时间可以很长。本仪表中采用多次测量排序取中值然后再进行一阶惯性滤波的方法,数学表达式如下:
数学表达

  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,以及满足惯性物理量的测量,使得测量值不会频繁跳跃,可以满足需求。

  1.7 网络通信技术

  本仪表采用RS 485通信,通信规约为MODBUS-RTU,然后通过MODBUS-PROFIBUS网关与西门子DDC通信,波特率为38.4 kb/s。总线采用轮询方式,后台机对各个房间温湿度进行采集,作为房间温度湿度集中监控的依据。

  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,元器件老化及环境温度的变化,可能会造成仪表出现精度偏差,故仪表上设有精度校准功能。校准时,需要一只标准4~20 mA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仪表按键进行操作,掉电不丢失。

       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校准数值存储等。中断服务 程序包括:定时器中断(用于显示)子程序、通信中断子程序。主程序为依次循环执行,综合外部操作(键盘),实现仪表多重功能;中断服务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基本的过程,具体要得出可靠的数值,需要在调试中摸索,这个程序是笔者调试好的,效果不错。
软件设计

  说明:本子程序转换后的12位AD值存放于02H/03H中。
软件设计

  说明:本中断服务程序为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℃。

关键字:隔离  网络  温湿度测量 引用地址:基于隔离和网络技术的高精温湿度测量仪表

上一篇:TD-SCDMA系统中AMR语音编码器的实现
下一篇:DSP/BIOS在电能质量监测终端中的应用

推荐阅读最新更新时间:2024-03-30 22:27

萤石网络智能门锁,给你提供安全保障
近日,海康威视拟拆分萤石上市,萤石网络如今要开始“自立门户、自力更生”,即将作为公司下属智能家居及云平台服务业务的上市平台独立上市。 现在应用在智能家居领域的无线智能门锁通信方式一般都是WiFi,WiFi的网络架构是星型结构,即需要一个网关设备管理多个插座,汇总各个智能门锁的状态和告警信息,上行到公网。然而通过网关设备管理存在如下缺点:一、如果网关设备本身出了故障,影响比较大,很多智能门锁会失去联系,无法正常监测和告警。二、WiFi功耗比较大,电池续航时间短。三、一般防盗门都为钢板材料,无线信号衰减比较大,往往无线信号覆盖不好,连接不稳定。 为此,萤石网络于2017年10月10日申请了一项名为“一种无线智能门锁及具有其的智能家居系
[手机便携]
萤石<font color='red'>网络</font>智能门锁,给你提供安全保障
汽车LIN网络解决方案
介绍 长期以来,许多大的汽车生产商采用的是对汽车所有节点进行集中控制的解决方案。这些采用集中控制的节点负责为车窗升降、锁门和车镜位置调整等几种用户操作提供接口和控制。 过去,这些采用集中控制的节点基于高性能的MCU,这个MCU负责处理模块中的各种功能。 模块通常通过CAN总线连接,现在该方法已在大量汽车平台中得到实施。虽然该方法能够解决大量联网问题,但同时也导致基础结构太过复杂、速率要求过高。 汽车行业的发展趋势继续对生产商提出更多要求。创新和功能增强一直是竞争市场的驱动因素:在现有平台上实施这些功能已变得越来越困难。 增强各个集中控制节点的MCU功能是解决问题的一个途径,但是,MCU规格增大、互连数量增加、缺
[嵌入式]
隔离LED日光灯介绍
LED日光灯相比传统日光灯可以节电至少30%以上,且寿命方面是传统日光灯的5~8倍。目前日光灯的设计局限主要在散热设计、电源设计2个方面。散热设计由最初的全PC管,到现在半PC半铝管结构逐渐演进,每家的散热设计也各有所长,目前整个行业对散热的重视和散热设计也较1年前成熟许多;因为是新一代的节能产品,所以从产品定义的开始就对电源提出了很高的要求,主要表现在高性能、长寿命、小体积、低温升、高可靠性等。 FT880是一款针对市场上现有客户对LED日光灯的各种要求最新开发出的新一代产品,具备以下特点: 1)FT880使用500V高压工艺制程制造,使得电路具备动态自供电、反馈零电流供电、2ms超快速启动等特点,长期工作电路更可靠;
[电源管理]
非<font color='red'>隔离</font>LED日光灯介绍
S3C2440 开发板实战(6):网络配置 + 设置NFS
这篇的主要目的是将PC端(server)和开发板端(client)之间共享文件。 事先声明:本人的PC端是直接安装Ubuntu系统的,所以在操作的时候没有虚拟机这个概念。 linux版本:2.6.22.6 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 一、硬件连接 唯一要求:client的网线应该连接上server或者是给server提供服务的router。 比如说我的硬件配置:开发板连接网线至P
[单片机]
Verizon下月推出5G网络
根据《The Verge》报导,美国最大运营商Verizon宣布将于4月11日在芝加哥以及明尼阿波利斯推出5G服务,每月将向用户多收取10美金的费用。另外,Verizon也是美国第一家在推出5G服务的同时,有相对应5G手机的运营商。 Verizon新的资费方案分为三种,基础方案每月收费85美元,速度受到限制,只能浏览480p的影片;中端方案每月95美元,能享有22GB的不限速LTE网络,可以观看720p的影片;高端方案每个月105美元,能享有75GB的不限速LTE网络。 虽然目前Verizon并不打算限制用户的5G流量,但用户对于每个月多10美元的费用可能会感到有点失望,因为美国另一间运营商T-Mobile先前已经宣布在2
[手机便携]
无线网络安全技术国家工程实验室正式揭牌
近日,无线网络安全技术国家工程实验室揭牌仪式在国家高新技术开发区西安软件园隆重举行。国家发展和改革委员会副主任张晓强、高技术产业司司长綦成元为实验室揭牌。 无线网络安全技术国家工程实验室于2011年12月经国家发改委批复成立,依托西安西电捷通无线网络通信股份有限公司、国家密码管理局商用密码检测中心、国家无线电监测中心检测中心、北京市政务网络管理中心、中国电力科学研究院、西安邮电学院和WAPI产业联盟七家单位组建。作为国家重要的产业技术基础设施,该实验室将承担“整合优势研发资源,提供共性关键安全技术,开展重要行业应用示范,实施国家信息安全战略,为我国信息产业打造核心竞争力提供战略性技术支撑”的重大历史使命。 网络空间
[网络通信]
无线<font color='red'>网络</font>安全技术国家工程实验室正式揭牌
Ixia推出Vision ONE,实现端到端网络可视化
行业领先的应用性能和安全弹性解决方案供应商Ixia 近日推出了全新的交钥匙设备Vision ONE 。该产品可在丝毫无损性能的前提下迅速收集、处理并过滤数据和应用流以用于安全和监控分析,从而巩固网络保护系统并提高IT投资回报。 ZK研究首席分析师Zeus Kerravala指出: 黑客进入网络获取公司关键信息所需要的只是一个缺口,一个整合的网络可视化解决方案为深入了解企业网络动态,尤其是管理应用程序和数据保护所需的安全工具奠定了莫大的基础。能够通过单个并且细化的切入点洞察网络异常活动对于有效保护企业免受威胁和黑客攻击而言至关重要。 Ixia的Vision ONE为入侵防御系统(IPS)、数据防泄漏(DLP)和防火墙等安全工
[网络通信]
IP对讲技术 对讲新技术及市场发展趋势
  楼宇对讲系统在欧美国家、香港、台湾等地区已采用30多年,自1992年起,国外楼宇对讲系统生产制造商陆续到中国开拓市场。楼宇对讲产业从20世纪90年代初开始,历经了近20年的时间,发展至今,生产厂商已达500多家,不包括有单时就去OEM的小公司。产品从非可视对讲到黑白可视对讲,黑白可视对讲发展到安保型可视对讲,又到彩色可视对讲,彩色可视对讲升级到网络楼宇可视对讲(家庭智能终端),楼宇对讲系统从独立系统发展到联网系统,从通过各种总线方式联网发展到半数字联网,进一步运用成熟的TCP/IP数字技术联网,从功能单一型到智能综合控制型,进步非常迅速。楼宇对讲行业是伴随国内房地产行业的发展热潮而快速发展起来的。       目前国内的可
[安防电子]
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
最新测试测量文章
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved