一种现场总线式温度测控模块输入信号处理方法.pdf

本发明公开一种现场总线式温度测控模块输入信号处理方法。1.主要由单片机、恒流源I1和I2、电子开关SW1～SW5、AD变换电路、RS485接口构成，每种输入信号都分配一个配置编码，单片机接收配置命令，控制电子开关的通断组合构成对应输入信号的接口电路；2.热电偶用两线制接口，温度检测时SW1-SW5断开，单片机通过控制SW1和SW5闭合，利用AD过量程信号实现热电偶断线检测；3.热电阻用三线制接口，温度检测时SW1、SW2闭合其它电子开关断开，单片机控制SW1-SW5状态实现对热电阻Rt的三线进行断线检测；4.电压源V用两线制接口，正常检测全部电子开关断开，单片机通过控制SW1导通实现输入信号断线检测；5.电流源I用两线制接口，SW3、SW4导通其它开关断开。

1.  一种现场总线式温度测控模块输入信号处理方法，其特征在于：
(1)接口电路由单片机、恒流源I1和I2、低导通电阻电子开关SW1～SW5、可程控量程AD变换器和相应的电阻电容网络、RS485通信接口构成，每一种不同的输入信号都有一个特定配置编码，单片机依据配置信息通过控制信号S1、S2、S3、S4、S5控制电子开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5的通断状态来构成不同输入信号的输入接口电路；
(2)热电偶使用两线制接口，热电偶利用JP-1和JP-2接入，单片机控制使电子开关SW2、SW3、SW4断开，构成热电偶输入接口；在正常温度检测时SW1和SW5断开，热电偶信号送具有程控增益放大器的AD接口电路；单片机通过控制使SW1和SW5闭合利用AD的过量程信号实现热电偶断线检测；
(3)热电阻使用三线制接口，热电阻Rt通过JP-1、JP-2、JP-3接入，单片机控制使电子开关SW3和SW5断开，构成热电阻输入接口；正常温度检测时单片机输出控制信号S1＝S2＝1、S4＝0使SW1和SW2闭合、SW4断开，由恒流源I1、I2，电阻R1、Rt构成测量电桥进行温度检测，输出信号送到具有程控增益放大器的AD电路；单片机通过输出控制信号S1、S2、S4分别控制SW1、SW2、SW4的不同通断组合并利用AD的过量程信号实现对热电阻的断线检测；
(4)电压源V使用两线制接口，通过JP-1、JP-2接入，单片机控制使电子开关S2＝S3＝S5＝0、S4＝1使SW2、SW3、SW5断开、SW4导通，构成电压输入接口电路；正常测量时SW1断开，输入电压信号送到具有程控放大器的AD电路；单片机通过输出控制信号S1＝1使SW导通并利用AD的过量程信号实现电压输入信号断线检测；
(5)电流源I使用两线制接口，通过JP-1、JP--2接入，单片机控制电子开关SW1、SW2、SW5断开，SW3、SW4导通，构成电流输入接口电路，输入电流信号经电阻R3转换成电压信号后送具有程控放大的AD电路。

一种现场总线式温度测控模块输入信号处理方法
技术领域
本发明涉及一种温度传感器的输入信号处理方法，该方法可以应用于热电偶、热电阻温度传感器的信号处理，也可适用于0-5V电压信号、4-20mA电流信号的处理。
背景技术
在工业过程控制中，依据被测量以及测控性能要求的不同，可能使用多种不同的温度传感器，传感器可能直接接到总线式温度过程控制模块上，也可能通过变送器变换成0-5V或4-20mA的标准信号后再送到温度控制模块上。当前的过程控制一般希望通过软件来对系统中的各功能模块进行配置和组态，构成所需要的过程控制系统，为了适应不同的传感器和输入信号，通常利用手工改变跳线开关的状态，或者选择特不同的测控模块来适应不同的传感器或愉入信号源，这种手动跳线的方法给系统配置带来不便。
发明内容
本发明提供一种现场总线式温度测控模块输入信号处理方法。基于微处理器可由软件配置输入接口电路，通过软件配置可分别适用于热电偶、热电阻、电压源、电流源信号输入。
(1)接口电路由单片机、恒流源I1和I2、低导通电阻电子开关SW1～SW5、可程控量程AD变换器和相应的电阻电容网络、RS485通信接口构成，每一种不同的输入信号都有一个特定配置编码，单片机依据配置信息通过控制信号S1、S2、S3、S4、S5控制电子开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5的通断状态来构成不同输入信号的输入接口电路；
(2)热电偶使用两线制接口，热电偶利用JP-1和JP-2接入，单片机控制使电子开关SW2、SW3、SW4断开，构成热电偶输入接口；在正常温度检测时SW1和SW5断开，热电偶信号送具有程控增益放大器的AD接口电路；单片机通过控制使SW1和SW5闭合利用AD的过量程信号实现热电偶断线检测；
(3)热电阻使用三线制接口，热电阻Rt通过JP-1、JP-2、JP-3接入，单片机控制使电子开关SW3和SW5断开，构成热电阻输入接口；正常温度检测时单片机输出控制信号S1＝S2＝1、S4＝0使SW1和SW2闭合、SW4断开，由恒流源I1、I2，电阻R1、Rt构成测量电桥进行温度检测，输出信号送到具有程控增益放大器的AD电路；单片机通过输出控制信号S1、S2、S4分别控制SW1、SW2、SW4的不同通断组合并利用AD的过量程信号实现对热电阻的断线检测；
(4)电压源V使用两线制接口，通过JP-1、JP-2接入，单片机控制使电子开关S2＝S3＝S5＝0、S4＝1使SW2、SW3、SW5断开、SW4导通，构成电压输入接口电路；正常测量时SW1断开，输入电压信号送到具有程控放大器的AD电路；单片机通过输出控制信号S1＝1使SW导通并利用AD的过量程信号实现电压输入信号断线检测；
(5)电流源I使用两线制接口，通过JP-1、JP-2接入，单片机控制电子开关SW1、SW2、SW5断开，SW3、SW4导通，构成电流输入接口电路，输入电流信号经电阻R3转换成电压信号后送具有程控放大的AD电路。
本发明给出的传感器输入信号处理电路通过配置软件自动适应传感器，同时具有传感器断线自动检测功能。
附图说明
图1为本发明具有断线自动检测功能的两线制热电偶输入接口电路。
图2为本发明的具有断线自动检测功能的三线制热电阻输入接口电路。
图3为本发明0—5V电压信号输入接口电路。
图4为本发明4—20mA电流信号输入接口电路。
图5为本发明复合型输入接口及控制与AD转换接口电路。
图6为本发明恒流源电路。
具体实施方式
实施例：
实例如图5所示，恒流源如图6所示。电子开关SW1～SW4使用高电压低导通电阻型电子开关，单片机使用AT89C52(或C8551F021)，AD变换器使用内部带量程控制的16位Δ-∑型串行接口AD变换器CS5523，具有25mV，55mV，100mV，1V，2.5V，5V六个量程，只要写入相应的量程选择控制字就可选择所需要的量程，转换结果具有超量程标志。单片机通过P31.5～P1.7，P2.0模拟SPI接口信号向AD写配置(控制)信息并读取转换结果。
(1)热电偶使用两线制接口，热电偶利用JP-1和JP-2接入，单片机输出控制信号S2＝S3＝S4＝0使电子开关SW2、SW3、SW4断开，构成图1所示热电偶输入接口；在正常温度检测时，控制信号S1＝0，S5＝0，电子开关SW1和SW5断开，热电偶信号送到具有程控增益放大器的AD接口电路；每间隔1分钟进行一次电偶断线检测，这时单片机输出控制信号S1＝1、S5＝1，使SW1和SW5闭合，通过AD的过量程信号实现热电偶断线检测；
(2)热电阻使用三线制接口，热电阻Rt通过JP-1、JP-2、JP-3接入，单片机输出控制信号S3＝S5＝0，使SW3和SW5断开，构成图2所示的热电阻输入接口；正常温度检测时单片机输出控制信号S1＝S2＝1、S4＝0使SW1和SW2闭合、SW4断开，由恒流源I1、I2，电阻R1、Rt构成测量电桥进行温度检测，电桥输出信号送到具有程控增益放大器的AD电路；每间隔1分钟进行一次电阻断线检测，这时单片机输出控制信号S1、S2、S4，分别控制SW1、SW2、SW4通断的不同组合，通过AD变换的过量程信号实现热电偶断线检测；
(3)电压源V使用两线制接口，通过JP-1、JP-2接入，单片机输出控制信号S2＝S3＝S5＝0、S4＝1使SW2、SW3、SW5断开、SW4导通，构成图3所示的电压输入接口电路；正常测量时SW1断开，输入电压信号送程控放大器及AD变换器；每间隔1分钟进行一次断线检测，这时单片机输出控制信号S1＝1使SW1导通，通过AD变换器的过量程信号实现电压输入信号断线检测；
(4)电流源I使用两线制接口，通过JP-1、JP-2接入。单片机恒定输出控制信号S1＝S2＝S5＝0、S3＝S4＝1，使SW1、SW2、SW5断开、SW3、SW4导通，构成图4所示的电流输入接口电路，输入电流信号经电阻R3转换成电压信号后送程控放大器及AD变换器；
(5)单片机通过SPI或利用单片机的通用I/O端口模拟SPI接口进行AD转换控制和读取AD转换结果，利用RS485接口接收配置信息和传送AD转换结果。