基于隔离和网络技术的新型高精温湿度测量仪表

　　本文描述的是一种支持实验室温度湿度进行测量、显示并远传的智能化仪表。本仪表不同于市场上众多同类产品,他可以很好地满足现场高精度、高分辨率及网络传输的要求。

　　1　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。

　　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-FT6产品特点:

　　(1) 24 V DC供电;

　　(2)温度量程:0~50℃;湿度量程:0~100%;

　　(3)温度精度:±0.1℃;湿度精度:1·0%;

　　(4)输入阻抗:≤500Ω;

　　(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。

　　1.3　4~20 mA电流测量

　　采样电阻采用125Ω/0·1%精密电阻,这样,只需测量0.5~2.5 V电压信号即可。

　　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。

　　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;