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基于AVR单片机的多路PT100－III型信号转换模块ThemultiplexPt100ToIIISeriesSignalTransformeronAVRSingleChipComputer浙江佳环电子有限公司浙江金华321000王爱华摘要：本文介绍了多路PT100－III型信号转换模块的软硬件设计。本模块以AVR单片机为核心，融合了三线制PT100,A/D转换，线性化处理，权电阻D/A转换，MODBUS通讯等技术。关键词：AVR单片机；三线制；PT100；D/A转换；MODBUSABSTRACT:ThemultiplexPt100ToIIISeriesSignalTransformeronAVRSingleChipComputerisdiscussed.ThecoreofthismoduleisAVRSCC,andThree-WirePT100,Lineardispose,bitregisterD/A,CommunicationbaseMODBUSprotocoletc.Keyword:AVRSCC;Three-Wire;PT100;D/A;MODBUS引言PT100是一种广泛应用的测温元件，在－50℃―600℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂热电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以本模块需要进行非线性校正，一般的模块采用模拟电路校正，这种校正的精度不高，而且温漂等受干扰的程度也比较大。本模块采用了软件查表插值的方法进行校正，最后转换成III型信号。III型信号是当被测信号从下量程到上量程（0%－100%）变化时，输出线上对应4－20mA电流的变化。此外模块还具有MODBUS协议的通讯端口，可以直接和任何MODBUS口连接。一、AVR单片机的硬件特点整个模块基于AVR新型的Atmega16单片机为核心，Atmega16采用RISC精简指令系统，绝大多数指令是单周期指令，而且在前一条执行的机器周期内，后一条指令就已经被取到寄存器中，速度比传统的51快的多。而且外设上也有很多，新特性，自带8路10位A/D转换器。整个系统采用C语言开发，缩短了开发周期，增加了程序的可读性。二、系统整体设计信号采集部分，采用三线制形式，这样可以去除导线电阻带来的零点不准确，经过差动放大电路直接得到0－5V的信号电压，这样就可以直接输入到A/D转换器上。数据处理部分，将PT100分度表中的每隔10℃的电阻值写入到flash中，这样，将得到电压值回算到电阻值，这样进行查表，当电阻位于某一段之间时，再进行直线处理，这样系统的线性化程度比较高可以达到0.2%。D/A转换系统采用373芯片作为锁存器，采用权电阻网络进行D/A这样可以节省成本，而且精度也可以得到保证。最后再经过一个电压电流转换部分，把信号以III型信号传送出去，完成模块的功能。三、整机硬件设计3.1采样部分采样部分电路如图1所示，PT100以三线制接到J0，这样连接PT100的两侧的导线长度相等，而且分别加在两侧的桥臂上，这样导线电阻得以消除，当PT100输出100Ω时可以调节R1的阻值，以调整温度下限，当温度范围是0~300℃时，电桥电压经过放大后，Anolog0的电压正好是0~5V，这样可以完整使用单片机的A/D器的转换精度。3.2主机电路部分CPU采用Atmega16，它自带八路10位A/D转换器，转换速度快，精度高，而且不需要外扩任何器件。74LS138用来议码，分别选通各路的锁存器。采用8M的晶振，速度完全可以满足系统的要求。A/D转换的参考电压直接是VCC这样可以节省节省硬件，简化电路，在对精度要求较高的情况下可以选择精密稳压器件如TL431等。3.3D/A转换部分为了节省成本，本系统没有采用专用D/A转换芯片，而是运用D/A转换的原理，利用权电阻网络进行D/A转换这样精度可以保证，而且速度比较快，cpu控制也是比较简单的。电路如图3所示。74ls373锁存器，锁存cpu每次更新的数据，OE引腿接138芯片的片选信号，LE下降沿时数据锁存。开始初始化设置通道为0等待主程序流程启动A/D转换3.4V/I转换部分。如图4将A/D转换后得到的电压信号，转换成4-20mAIII型信号输出。I=V/R33.5RS485通讯端口的设计电路如图5所示通讯芯片选用MAX485芯片，将收允许和发允许接在一起，用一个口线进行控制，正常情况下，收允许，在需要发送的时候，设为发允许。四、软件设计软件设计是本系统的关键，也是与众不同的地方。一般的铂电阻转III型信号的模块都是采用模拟电路没有软件部分。本系统采用数字化线性校正将大大提高模块的精度。软件的流程图。软件分主程序，和中断服务子程序，所有程序均由C语言编写。程序在ICCAVR6.30调试通过。中断开始关中断读通道号和A/D结果计算查表8路完成通道增1通道＝0开中断结束A/D中断服务程序在相应的通道，进行D/A转换五、结语基于单片机的PT100－III型信号转换模块具有，精度高，可数字通讯，可升级等优点，本模块已经用于多个火力发电厂烟气温度检测，其中采用III型信号和数字通讯的都有，均取得了良好的效果。参考资料：1.AVR高速嵌入式单片机原理与应用北京航空航天大学出版社耿德根等编著2.AVR单片机C语言编程实例清华大学出版社金春林等编著作者简介：王爱华男1981年9月出生2003年毕业于辽宁石油化工大学测控技术与仪器专业，目前供职于浙江佳环电子有限公司。2001曾经设计微机控制的LED大屏幕获得全国大学生科技创新三等奖。现阶段主要设计方向是现场在线分析仪表，正在设计基于光谱法的水质在线监测系统。