數(shù)據(jù)采集模塊各通道的處理

模塊是基于總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集和控制模塊，提供了模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、交流電量采集、無(wú)線數(shù)傳等功能。數(shù)據(jù)采集模塊可以通過命令進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制。

1.熱電阻部分（PT100）：硬件電路中，熱電阻采用的是三線制接法（以消除線上電阻），采用LM234構(gòu)成的恒流源電路（電流約為0.134/120安培）將電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，然后將該信號(hào)放大10倍（由OP07構(gòu)成的正比例放大器，理論發(fā)大倍數(shù)10.1倍。Vo=Vi*(1+Rf/R1)）＃送入AD。

三線制的另一端也放大10倍（理論10.1倍）＃后送入AD。?熱電阻采用的是三線制接法（以消除線上電阻），因此必將有一路傳送該信號(hào)（CH1），所以在熱電阻部分的軟件處理需要兩路信號(hào)（CH0,CH1）進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算。

2.熱電偶部分（K型）：硬件電路按照0～40mV的輸入設(shè)計(jì)的，大約可測(cè)溫度范圍0～967度。放大125倍后送入AD（由OP07構(gòu)成的兩級(jí)放大電路，初級(jí)放大5倍（實(shí)際Rf使用的是5.1K?＃）?第二級(jí)放大25倍（實(shí)際Rf使用的是24K+1K）＃）。由于，熱電偶存在冷端補(bǔ)償?shù)膯栴}，電路設(shè)計(jì)了利用PN結(jié)測(cè)溫法進(jìn)行補(bǔ)償（詳見PN結(jié)部分）。

熱電偶測(cè)溫原理：【1】不同導(dǎo)體構(gòu)成回路時(shí)，因兩結(jié)點(diǎn)溫度不同，就會(huì)在結(jié)點(diǎn)兩端有電勢(shì)輸出（熱電效應(yīng)）。所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)主要由兩部分組成：接觸電動(dòng)勢(shì)（不同導(dǎo)體接觸，由于電子密度不同產(chǎn)生）和溫差電動(dòng)勢(shì)（同一導(dǎo)體兩端溫度不同產(chǎn)生）。當(dāng)材料一定時(shí)，那么熱電動(dòng)勢(shì)只與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度由關(guān)，即：

Eab(T,T0)=E(T)-E(T0)

通常希望T0＝0或?yàn)槌?shù)時(shí)，則?Eab(T,T0)=E(T)

可見，保持冷端為0度或?yàn)橐怀?shù)時(shí)使用熱電偶的前提條件。要求冷端溫度必須恒定，時(shí)因?yàn)闊犭娕妓a(chǎn)生的熱電勢(shì)不僅與被測(cè)溫度有關(guān)，而且還和冷端溫度有關(guān)，只有在冷端溫度固定后，熱電勢(shì)才和被測(cè)溫度有單一的函數(shù)關(guān)系，保持冷端為0度，是因?yàn)榻?jīng)常使用的熱電偶的分度表和顯示儀表是以熱電偶的冷端溫度為0度作為先決條件的，為了直接應(yīng)用分度表，就必須使冷端溫度為0度。但在實(shí)際測(cè)量中，冷端的溫度往往是波動(dòng)的，從而造成測(cè)量誤差。為了盡量減小這種誤差，就需要設(shè)法使冷端溫度保持0度，或先保持恒定，然后進(jìn)行補(bǔ)正（就使消除因冷端溫度不使0度而帶來的誤差）。冷端溫度的處理方法有很多，這里采用冷端溫度的補(bǔ)正的方法。

（1）熱電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)正法

當(dāng)冷端溫度變化后，（t0變化到t1），熱電偶算產(chǎn)生的熱電勢(shì)分別為：

E(t,t0)=E(t)-E(t0)?

E(t,t1)=E(t)-E(t1)

兩式相減得，

E(t,t0)-E(t,t1)=E(t1)-E(t0)=E(t1,t0)?即

E(t,t0)=E(t,t1)+E(t1,t0)

其中，E(t,t1為熱電偶實(shí)際測(cè)得的熱電動(dòng)勢(shì)，而E(t1,t0)為熱電偶冷端溫度有t0變化到t1相應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)，這兩個(gè)值都可以由熱電偶分度表查出所對(duì)應(yīng)的溫度值。

（2）.溫度補(bǔ)正法

熱電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)正法計(jì)算比較麻煩，簡(jiǎn)單的方法式將實(shí)際中測(cè)量熱電偶冷端溫度為補(bǔ)正值，但誤差比法1要大（但對(duì)一般的工業(yè)生產(chǎn)來說還是允許的）。此法對(duì)熱電特性線性度較差的熱電偶不適用。實(shí)際中，工業(yè)上還采用溫度補(bǔ)正系數(shù)K修正（補(bǔ)正系數(shù)由相應(yīng)表格查得）。?綜合考慮，該系統(tǒng)采取的是方法一的補(bǔ)正方法。

3.PN結(jié)部分：該部分的設(shè)計(jì)思路是基于PN結(jié)的溫度特性，用PN結(jié)來測(cè)量熱電偶冷端溫度（室溫），用以進(jìn)行熱電偶測(cè)溫的補(bǔ)正。

PN結(jié)的溫度特性【2】：PN結(jié)的正向壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)，并且在一定范圍內(nèi)隨溫度近似呈線性變化，利用該性質(zhì)可將PN結(jié)作為溫度傳感器使用。（注意為避免自身發(fā)熱影響測(cè)量精度，通過PN結(jié)的電流不宜過大，應(yīng)取0.1mA左右）實(shí)驗(yàn)測(cè)量PN結(jié)正向壓降與溫度關(guān)系數(shù)據(jù)V-T，在計(jì)算出各溫度的正向壓降與0度時(shí)的正向壓降的差值的關(guān)系△V-T，作圖，計(jì)算出PN結(jié)正向壓降與溫度的具體函數(shù)關(guān)系。

4.電壓型傳感器部分：由于該部分使用的是已經(jīng)完成線性化處理的傳感器，因此無(wú)論是硬件還是軟件設(shè)計(jì)都比較簡(jiǎn)單。

硬件電路直接將變送器的輸出接入AD,軟件部分根據(jù)線性關(guān)系直接計(jì)算得到T值送入嵌入式端。具體數(shù)值運(yùn)算為：濕度部分（CH4）：RH=V*5000/4095*100/5000*10（然后乘以10的目的是為了精度要求，規(guī)定濕度部分保留一位小數(shù)）；溫度部分：T＝V*70/5000*100-10*100（乘以100的目的是為了精度要求，規(guī)定溫度部分保留二位小數(shù)）。