1引言線制熱電阻溫度變送器是將溫度信號線性地變換成4，20，1六直流標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。由于模擬線制溫度變送器大都采用分離元件組成，存在較大的溫漂；同時(shí)熱電阻本身存在非線性，所以要進(jìn)行非線性處理，模擬元件在處理上存在較大的問，因此精度大都不高，般在0.5，1.0級。隨著微處理器的功耗的極大降低和新器件的不斷出現(xiàn)，以瓜+微處理器+01模式的智能變送器。在信號的處理測量精度儀維修和維護(hù)等方面與老式變送器相比，存在無可比擬的優(yōu)勢。是今后變送器的主要發(fā)展方向。

　　智能式線溫度變送器在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為電源管理模塊信號處理模塊數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊1變換模塊組成，電路結(jié)構(gòu)如閹1.

　　接導(dǎo)線既是是源線也是倍號線。4，2，1信號體制為。線制設(shè)計(jì)提供了可能性。當(dāng)被測信號的量程從100變化時(shí)。兩根傳輸線上電流變化對應(yīng)4，2，因此要求整體包括微處理器在內(nèi)的電路靜態(tài)工作電流小于4尺1為信號采樣負(fù)載電阻，在供電電源17，30的前提下，回路4，20，1電流由熱電6且位號尺確定=尺信號通過植我們可以看到，首先對信號源所產(chǎn)生的信號進(jìn)行采集，然后通過信號處理模塊對信號進(jìn)行放大處理。再由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行信號的軟件線性化處理，比較后通過1變化模塊把線性反映溫度變化大小基于PIC16F877的新型線制溫度變送器徐軍李欣哈本濱理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制學(xué)院哈爾濱150080有精度高可靠性好現(xiàn)場顯，生產(chǎn)調(diào)試方便等持點(diǎn)。是老式線制溫度變送器的理想替代產(chǎn)品，具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　信號處理電源管埋數(shù)據(jù)運(yùn)算16，加上系統(tǒng)的靜態(tài)功耗4，形成4，20爪的電流信號通過線電流線輸出。

　　2智能式線制變送器的硬件設(shè)計(jì)由于采用微處理器作為核心，因此要求微處理器和外圍器件必修采用低功耗器件，必須保證其整體功耗小于4，1.下面就各部分工作原理作下介紹。

　　2.1電，管理模塊普通的級制變送器由于采用模擬器件來實(shí)現(xiàn)，因此對電源的功耗要求較低，般采用78系列穩(wěn)壓模塊。其工作電流般在2人之間，但對于智能變送來說相對較大，2這里我們采用Maxlm公司換，該器件具有如下的特點(diǎn)4，28電壓輸入范圍；比較大80；的靜態(tài)工作電流；3.3，5，電壓可選輸出；30，1人輸出電流；±2的電壓輸出精度。采用該器件將輸入的24，電壓變換成5電壓，給外圍5的器件供電。為進(jìn)步降低微處理器的功耗和提高數(shù)據(jù)處理精度，再把5，電壓經(jīng)過河，619低功耗高精密電壓基準(zhǔn)源輸出個(gè)3高精密的電壓基準(zhǔn)，對微處理器供電，并且為，轉(zhuǎn)換提供參考電壓，其中極管，是個(gè)保護(hù)極管，防止輸入電壓接反可能帶來的對電路的影響和破壞。

　　2.2信號處理橫塊在3信號處理模塊中，采用丁1公司的27完成信號的放大與輸出，丁1272是低功耗精密運(yùn)放放大器，其特點(diǎn)是單電源供電。超低功耗25，5時(shí)，電流為19，采用數(shù)字電位器，此103和，9.5，4作為信號的調(diào)零和放大。其中，9，103和X9c504分別是lk和50k具有100個(gè)抽頭的低功耗數(shù)字電位器，由微處理器控制，對變送器進(jìn)行數(shù)宇調(diào)零和調(diào)滿量程，私尺只，9，103配合，000熱電阻組成測溫電橋，利用，此03可以對不同量程的變送器進(jìn)行零點(diǎn)的調(diào)整，設(shè)數(shù)字電位器，103的電阻為界其中假設(shè)為只12熱電阻，溫度傳感器封裝在接線盒內(nèi)，其接線電阻可以忽略，電橋中間兩點(diǎn)電壓作為差動(dòng)運(yùn)算放大器的輸入信號。分別為該信號再經(jīng)過差動(dòng)放大對微弱信號進(jìn)行放大，其中電容，12是濾波電容，用來防止信號受外界信號干擾，放大倍數(shù)由艮5和，把504構(gòu)成，通過微處理器對此504的控制來獲取可變的放大倍數(shù)，滿足不同測量范圍的要求，這里沒有考慮熱電阻的非線性補(bǔ)償，對于熱電阻的非線性補(bǔ)償，本變送器是通過微處理器軟件實(shí)現(xiàn)的，這將在變送器的軟件設(shè)計(jì)中加以說明。

　　2.3數(shù)據(jù)運(yùn)算奚塊數(shù)據(jù)運(yùn)算系統(tǒng)是變送器的關(guān)鍵部件之，它完成變送的六，轉(zhuǎn)換測量對象轉(zhuǎn)換鍵盤瀚入信號分析處理及信息顯等功能。智能變送塍采甩401公司的打肪單片機(jī)168772，它是高性能類145，1內(nèi)部帶有8路10位，轉(zhuǎn)換器8以14位片內(nèi)朽8程序存儲器368字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM256字節(jié)的掉電數(shù)據(jù)存儲器EEPROM，14個(gè)中斷，的，功耗單片機(jī)。

　　它具有低功耗睡眠模式可中斷喚醒和片內(nèi)看門狗定時(shí)器以，下，易于實(shí)現(xiàn)低功耗抗干擾設(shè)計(jì)。此外，冗1研877與其他8位微處理器相比，代兩壓筆速度提高了4倍，器件性能大大提。因此冗16抑77是低功耗低智能儀器較為適宜的微控制器處理模塊后，送入，16877的2腳是片內(nèi)10位，的輸入端口口模擬輸入通道3350腳通過心3接操作回車鍵；36RB3腳通過R2.接操作設(shè)置鍵，選擇調(diào)整對象；3582腳通過艮1接搡作+鍵，34腳通過私2接操作鍵，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加減操作，1920尺00尺01腳雙向10口分別接0顯器的時(shí)鐘與數(shù)據(jù)端口。282930，05尺06尺07躑雙向10口分別接串行0轉(zhuǎn)，器丁105615的片選時(shí)鐘和數(shù)據(jù)端口。232414只5腳雙向口分別接，如103和此504數(shù)字電位器的片選信號。2122只，2尺，3腳雙向口分別接，103和9，504數(shù)字電位器的調(diào)整脈沖信號和電阻上升下降信號。

　　由4可，數(shù)據(jù)運(yùn)算系統(tǒng)的硬件電路較為簡單，儀器只設(shè)有個(gè)操作鍵，通過軟件管理。完成溫度測氈基準(zhǔn)值調(diào)節(jié)溫度，量斜率值調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電流值調(diào)節(jié)和滿童程量電流值調(diào)節(jié)等控制命令。

　　2.41變換模塊變換模塊電路5由，和，1變換部分組成，部分選用丁乙5615串行1芯片。

　　它是低功耗10位，3電壓輸出，已它的特點(diǎn)是5，單電源工怍；3線串行接口；高阻抗基準(zhǔn)輸入；基準(zhǔn)電壓兩倍的輸出電壓范圍；低功耗。751評；1.2出的更新速率；在溫度范圍內(nèi)保持單調(diào)性。

　　1變換部分采用負(fù)載共地方式，運(yùn)算放大器采用丁1公司的高速低功耗精密運(yùn)算放大器12012精密電阻尺3，億，丁1組成。為輸入電壓，1為輸出電流，億為反饋采樣電阻，民為限流電阻，民。為負(fù)載電阻心為限六電阻。艮采樣電流信號以電壓的形號反相，形成個(gè)電流并聯(lián)負(fù)反饋電路。

　　由于運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高，流入運(yùn)算放大器輸入端的電流可以忽略。在心心凡的條件下，流經(jīng)尺5心的電流與1.相比可以忽略。由運(yùn)算放大器正負(fù)輸入端電位近似相等，假設(shè)艮=艮=私，5=民=可得簡化得Io中各電阻應(yīng)當(dāng)選用精密電阻；正電源+民+父，是的比較大值。

　　2.5系統(tǒng)功耗由于要求智能變送器系統(tǒng)的整體靜態(tài)電流小于4仙，所以必須保證所選器件為低功耗或超低功耗的芯片。2，5，經(jīng)過實(shí)測，其中電源管理部分，要器件MAX161的靜態(tài)電流為80μA1619的靜態(tài)電流為10；信號處理部分主要器件此103和，504的靜態(tài)電流各為50丁，712的靜態(tài)電流為120；數(shù)據(jù)運(yùn)算部分主要器靜態(tài)電流為23027660的猙態(tài)電流近似為200；其他部分散件的靜態(tài)電流大約為5假設(shè)系統(tǒng)的總體靜態(tài)電流為則lA=0.

　　3智能式線制變送器的軟件設(shè)計(jì)3.I沱16877的10位人，轉(zhuǎn)換為使，轉(zhuǎn)換器滿足定的轉(zhuǎn)換精度，就必須讓采樣電路的保持電容有足夠的充電時(shí)間，因此必須正確選擇AD轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘源。系統(tǒng)采用lMHZ的晶振，程序如下啟動(dòng)0轉(zhuǎn)換ADGO=讀轉(zhuǎn)換結(jié)果3.2傳感器特性線性化處理在實(shí)際工程中，大多數(shù)傳感器的輸出信號與被測參數(shù)之間呈現(xiàn)非線性，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就是個(gè)非線性，溫度與，轉(zhuǎn)換值之間的關(guān)系非線性如和計(jì)算法結(jié)合在起的插值法。

　　首先通過精密電阻箱模擬鉑電阻的分度，每隔5獲取其10位，轉(zhuǎn)換結(jié)果顯在，得到關(guān)于被測溫度與轉(zhuǎn)換數(shù)值對應(yīng)，如為溫度0，3000時(shí)，16877內(nèi)部10位0轉(zhuǎn)換器對應(yīng)換數(shù)值之間的對應(yīng)曲線，用平滑的曲線連接各點(diǎn)。可以得到6所不的特性曲線，可以看出它是個(gè)非線性函數(shù)。

　　為以時(shí)，實(shí)際測童溫度值丁，定會落在某個(gè)區(qū)間丁1+采用線性插值法進(jìn)行插值，用通過隊(duì)，1和隊(duì)1+，兩點(diǎn)的直線近似代替原特性。通過兩點(diǎn)3，和氏+1的直線方程為從中可以看出線性化的精度由哲線的段數(shù)決定，分段越多，精度與準(zhǔn)確度越好。有時(shí)為了提高精度，也溫度，可以采用拋物線插值。分段是可以采用等分也可以采用非等分，這里我們采用等分的方法。

　　3.3線性化軟件的語言實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述公式其線性化處理程序如下4結(jié)論器，經(jīng)過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，精度可以保證在，1 3，具有現(xiàn)場顯變送體化功能，同時(shí)采用數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)和滿度的調(diào)整，操作簡單直觀準(zhǔn)確度高。該變送器體積小成本低精度高可靠性好，已產(chǎn)品化批量生產(chǎn)，并得到廣泛的應(yīng)用。

　　1趙新民。智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4.哈爾濱哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999.

　　2劉和平。單片機(jī)原理及應(yīng)用。重慶重慶大學(xué)出版社，上接第142頁3毛希安。核磁共振基礎(chǔ)簡論。北京北京科學(xué)出版社，1996.