本巡检仪是作为冰箱自动检测系统的一部分而研制的。和大多数巡检仪一样,以单片机为核心,仪表内电路板以模块化结构设计,单机标准通道数为60路,可根据需要扩充,测试数据可通过RS-232接口传送到计算机。
1 主要技术指标
·量程:-50℃~+100℃
·系统精度:≤±0·2℃
·分辨力:0·1℃
·巡检速度:2s/点
·带RS-232C通讯接口
2 硬件组成
整机采用模块插件结构,由主机板、电源板、放大器及A/D板、模拟开关输入通道板、键盘显示器板等组成,如图1所示。
在模拟信号输入通道中,对铂电阻采用以LM353和1403等器件组成的精密恒流源供电,电流大小调整为3mA,通过多路模拟开关分时提供给铂电阻。4×3片CD4067模拟开关组成60路测量通道。在线路设计中,铂电阻接线采用四线制方式,消除了导线电阻的影响;3片CD4067模拟开关和前置放大器的同相输入方式组合使用,消除了模拟开关导通电阻的影响,构成了一块含有15路输入信号测量通道和1路标准电阻校正通道的输入通道板。输入信号测量通道的切换由单片机I/O接口控制。前置放大器电路由高精度低漂移运放OP07等构成,对各路铂电阻采样电压进行放大和极性变换后,送入A/D转换器。A/D转换器由V/F型LM331和LM358等器件组成。虽然转换速度较慢,但完全能满足相对十分缓慢的温度变化,它既具有较强的工频干扰抑制能力,同时只需要一根口线与CPU的计数信号输入端相连,将转换的频率信号发送给CPU进行数据处理,所以能非常简便地采用光电隔离器件,将单片机前向输入通道和基本系统隔离开,防止干扰。
在巡检仪中,单片机采用ATMEL公司89C52。其内部带有电可擦写程序存储器,节省了外部程序存储器;它具有3个计数/定时器单元,满足系统频率计数输入、定时器中断、波特率产生的要求。利用两根I/O口线配置了串行E2PROM24C16,存放各路铂电阻在各个检定点下的检定数据,实现对各路铂电阻误差校正和进行非线性补偿。键盘显示器电路也采用串行接口方式,利用3根I/O口线外挂数片74LS164,由74LS164直接驱动LED数码管和构成按键输入电路。
由于要将测试数据通过单片机串行接口传送到计算机中,因此,以+5V供电的ICL232芯片作为TTL电平与RS-232C电平的转换器件。
对于仪表本机而言,只要对模拟线路部分设计恰当,要达到较高精度是比较容易的,但对于由几十支传感器和仪表组成的整个系统而言,要达到较高精度则必须考虑传感器的非线性特性和各支传感器误差的离散性。根据A级工业铂电阻的误差计算公式:Er=(0·15±0·002|t|),在0℃时,其误差将可能达到0·15℃,其它各点误差将更大,如果不对其进行校正,将达不到系统的精度指标。但考虑到对每一支铂电阻的各个量程段进行分别标定,将大大增加检定人员的工作量,所以在线路中设置了标定开关,分别在各检定点拨动标定开关,将标定数据读入到E2PROM中,在软件中对传感器误差和非线性进行校正。
3 软件设计
软件采用模块化结构编制,主要由主程序、定时中断、键盘输入/显示输出、RS-232C通讯、被测数据处理、基准点标定误差处理等子程序组成。主程序流程图如图2所示。
当软件完成初始化后,控制模拟开关输入被测信号;A/D转换后,在对每一路输入信号进行数据处理时,首先判断输入信号位于哪二个基准点之间,取出在标定基准点时计算出的所在区间的斜率,采用线性插值法,计算出被测温度。
4 结束语
研制的巡检仪已在浙江省计量检测研究院、东宝冷柜厂、西泠冰箱厂等单位运行二年多。工作稳定,性能良好,达到了设计要求。经实际测试,即使采用B级工业铂电阻,经过标定后,测量准确度也可达到0·2℃。
参考文献
1·何立民.单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社,1995.
2·周航慈.单片机应用程序设计技术.北京航空航天大学出版社.
3·汪寿基.化工自动化及仪表.中央广播电视大学出版社.
本文作者：孙坚,男,1985年毕业于浙江大学科仪系,以后一直在中国计量学院从事自动化仪表的教学和科研工作,参与和完成课题十余项,发表论文十余篇。
