基于PIC16F877的新型二线制温度变送器

　　1　引　　言

　　二线制热电阻温度变送器是将温度信号线性地变换成4～20mA直流标准输出信号。由于模拟二线制温度变送器大都采用分离元件组成,存在较大的温漂;同时热电阻本身存在非线性,所以要进行非线性处理,模拟元件在处理上存在较大的问题,因此精度大都不高,一般在0.5～1.0级。随着微处理器的功耗的极大降低和新器件的不断出现,以“A/D+微处理器+D/A”[1]模式的智能变送器,在信号的处理、测量精度、仪表维修和维护等方面与老式变送器相比,存在无可比拟的优势,是今后变送器的主要发展方向。

　　智能式二线温度变送器在系统结构上分为电源管理模块、信号处理模块、数据运算模块、V/I变换模块组成,电路结构如图1所示。

　　图中的粗线为电源流程,细线为信号流程,两根外接导线既是是源线也是信号线。4～20mA信号体制为二线制设计提供了可能性,当被测信号的量程从0%～100%变化时,两根传输线上电流变化对应4～20mA,因此要求整体包括微处理器在内的电路静态工作电流小于4mA。RL为信号采样负载电阻,在供电电源17～30V的前提下,回路4～20mA电流由热电阻信号R确定。

　　通过框图我们可以看到,首先对信号源所产生的信号进行采集,然后通过信号处理模块对信号进行放大处理,再由数据处理模块进行信号的软件线性化处理,最后通过V/I变化模块把线性反映温度变化大小的信号,调制成电压信号后转换成相应电流信号(0～16mA),加上系统的静态功耗4mA,形成4～20mA的电流信号通过二线电流线输出。

　　2　智能式二线制变送器的硬件设计

　　由于采用微处理器作为核心,因此要求微处理器和外围器件必修采用低功耗器件,必须保证其整体功耗小于4mA。下面就各部分工作原理作一下介绍。

　　2.1　电源管理模块

　　普通的二级制变送器由于采用模拟器件来实现,因此对电源的功耗要求较低,一般采用78系列稳压模块。其工作电流一般在1～2mA之间,但对于智能变送来说相对较大,如图2所示这里我们采用Maxim公司的高电压低功耗线性变换器MAX1616作为电压变换,该器件具有如下的特点:4～28V电压输入范围;最大80μA的静态工作电流;3.3V/5V电压可选输出;30mA输出电流;±2%的电压输出精度。采用该器件将输入的24V电压变换成5V电压,给外围5V的器件供电。为进一步降低微处理器的功耗和提高数据处理精度,再把5V电压经过MAX619(低功耗高精密电压基准源)输出一个3V高精密的电压基准,对微处理器供电,并且为A/D转换提供参考电压,其中二极管D1是一个保护二极管,防止输入电压接反可能带来的对电路的影响和破坏。