一种基于SPARC架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块的制作方法

本发明属于工业过程控制技术领域，具体涉及一种热电偶型模拟量输入模块。

背景技术：

热电偶，作为用热电效应测量温度电路的一部分，是一对一端连接的不同材料的导体。热电偶不同材料导体连接的一端为测量端，用于感受被测温度。热电偶的另一端为参比端，热电偶参比端与测量装置连接，或通过补偿导线与测量装置连接。补偿导线为一对带有绝缘层的导线。补偿导线分为延长型和补偿型两种。延长型补偿导线的名义化学成分及热电动势标称值与配用热电偶相同。补偿型补偿导线的名义化学成分与配用热电偶不同，但其热电动势标称值在一定温度范围内与配用热电偶相同。当补偿导线与所配用的热电偶连接正确时，补偿导线把该热电偶的参比端移至这对导线的输出端。热电偶电动势与被测温度的对应关系用该型热电偶的分度表或导出分度表的多项式表示。热电偶分度表的参比端温度是0°c，为减少实际测量时热电偶参比端或补偿导线输出端所处温度对测量结果的影响，需由测量装置在热电偶参比端或补偿导线输出端相对0°c进行补偿。因为参比端相对测量端被称为冷端，所以又称为冷端补偿。经过冷端补偿后的热电偶电动势根据相应类型的热电偶分度表或电动势-温度关系多项式式可转换为对应的温度数据，由此热电偶就实现了温度传感器的功能。

常规热电偶型模拟量输入模块进行冷端补偿的做法是：冷端补偿温度传感器固定位于模块内部或模块外部，由单一固定位置的温度传感器进行冷端补偿。这种做法的局限是：当冷端补偿温度传感器没有贴近热电偶补偿导线的输出端或冷端补偿传感器受到非预期热源干扰时，冷端补偿不能有效地减少因热电偶参比端或补偿导线输出端相对0°c的偏差对测量结果造成的影响。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于sparc架构微控制器的热电偶为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，包括：模数转换电路，光耦隔离器，微控制器，存储器，总线控制电路。其中，

所述模数转换电路将热电偶因热电效应产生的电动势模拟量转换为数字量码值。

所述光耦隔离器实现隔离模数转换电路和微控制器。

所述微控制器将模数转换器生成的数字量码值转换为热电偶电动势，并根据热电偶分度表或电动势-温度关系多项式将热电偶电动势转换为所对应的温度数据。

所述存储器实现存储热电偶分度表或电动势-温度关系多项式与通道校准数据等信息。

所述总线控制电路将转换所得温度数据通过总线输出。

进一步地，所述模数转换电路包括冷端补偿、信号调理电路、放大器、滤波器、模数转换器。

更进一步地，所述冷端补偿可在模块内测温、模块外测温、设定输入多种获取冷端温度的方式中选择。

更进一步地，所述模数转换器采用24位δ-σ型adc。

进一步地，所述微控制器采用基于sparc架构的32位sparcv8型处理器。

进一步地，所述存储器采用flash存储。

进一步地，所述总线控制电路包括总线控制器、eeprom。

更进一步地，所述总线控制器采用et1200ethercat总线控制器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

冷端补偿可在模块内测温、模块外测温、设定输入多种获取冷端温度的方式中选择，可有效减少冷端补偿温度传感器没有贴近热电偶补偿导线的输出端或冷端补偿传感器受到非预期热源干扰等情况对测量结果的影响。模块支持多种冷端补偿获取温度方式，便于根据应用场景选择合适的冷端补偿，以满足实际的温度测量需求。

附图说明

图1为基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块的组成框图。

图2为基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块的详细组成框图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

一种基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，其组成框图如图1所示，包括：模数转换电路，光耦隔离器，微控制器，存储器，总线控制电路。

热电偶型模拟量输入模块将经过冷端补偿的热电偶电动势转换为温度数据，实现对热电偶所测量端处环境的温度测量，其详细组成框图如图2所示，包括：

模数转换电路将热电偶因热电效应产生的电动势模拟量转换为数字量码值。

模数转换电路包括冷端补偿、信号调理电路、放大器、滤波器、模数转换器。

信号调理电路、放大器、滤波器，用于减少噪声干扰对测量结果的影响。热电偶电动势经过信号调理电路、放大器、滤波器后，形成适合输入模拟转换器的模拟量信号。

模数转换电路包括模数转换器，采用24位δ-σ型adc，用于实现对热电偶电动势进行高分辨率模数转换。热电偶电动势经过模数转换器转换为数字量码值，该数字量码值与热电偶电动势呈映射关系。该数字量码值通过spi接口由模数转换器向微控制器传递。

所述冷端补偿可在模块内测温、模块外测温、设定输入多种获取冷端温度的方式中选择。当采用模块内测温获取冷端温度方式时，冷端补偿温度传感器位于热电偶电动势模拟量输入通道连接热电偶参比端或补偿导线输出端处。当采用模块外测温获取冷端温度时，冷端补偿温度传感器位于热电偶参比端或补偿导线输出端处。冷端补偿获取的冷端温度经过模数转换器通过spi接口向微控制器传递。

光耦隔离器实现隔离模数转换电路和微控制器，用于提高热电偶型模拟量输入模块抗电磁干扰的能力。

微控制器采用基于sparc架构的32位sparcv8型处理器。微控制器根据数字量码值-热电偶电动势映射关系与通道校准数据将数字量码值转换为热电偶电动势毫伏值。根据对应热电偶分度表或温度-电动势关系多项式，得出冷端温度对应的冷端毫伏值。热电偶电动势毫伏值与冷端毫伏值相加，得到热电偶测量端毫伏值。根据对应热电偶分度表或电动势-温度关系多项式，得出热电偶测量端对应温度数据。由此实现对热电偶测量端所处环境的温度测量。微控制器通过spi接口与总线控制器相连，用于向总线控制器传递转换所得的温度数据。

flash存储器通过spi接口与微控制器相连。flash存储器存储热电偶型模拟量输入模块所支持全部类型热电偶的分度表或电动势-温度关系多项式。

总线控制电路将转换所得温度数据通过总线输出。总线控制电路包括总线控制器、eeprom。总线控制器采用et1200ethercat总线控制器。eeprom通过i²c接口与总线控制器相连，eeprom用于存储总线控制器的工作模式配置信息。总线控制器采用ebus通信接口将转换所得的温度数据通过ethercat总线输出。

本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

技术特征：

1.一种基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，特征在于包括：模数转换电路，光耦隔离器，微控制器，存储器，总线控制电路；其中，

所述模数转换电路将热电偶因热电效应产生的电动势模拟量转换为数字量码值；

所述光耦隔离器实现隔离模数转换电路和微控制器；

所述微控制器将模数转换器生成的数字量码值转换为热电偶电动势，并根据热电偶分度表或电动势-温度关系多项式将热电偶电动势转换为所对应的温度数据；

所述存储器实现存储热电偶分度表或电动势-温度关系多项式与通道校准数据等信息；

所述总线控制电路将转换所得温度数据通过总线输出。

2.根据权利要求1所述的基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，其特征在于，所述模数转换电路包括冷端补偿、信号调理电路、放大器、滤波器、模数转换器。

3.根据权利要求2所述的基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，其特征在于，所述冷端补偿可在模块内测温、模块外测温、设定输入多种获取冷端温度的方式中选择。

4.根据权利要求2所述的基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，其特征在于，所述模数转换器采用24位δ-σ型adc。

5.根据权利要求1所述的基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，其特征在于，所述微控制器采用基于sparc架构的32位sparcv8型处理器。

6.根据权利要求1所述的基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，其特征在于，所述存储器采用flash存储。

7.根据权利要求1所述的基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，其特征在于，所述总线控制电路包括总线控制器、eeprom。

8.根据权利要求7所述的基于sparc架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，其特征在于，所述总线控制器采用et1200ethercat总线控制器。

技术总结
本实用新型提供一种基于SPARC架构微控制器的热电偶型模拟量输入模块，所述模块包括：模数转换电路，光耦隔离器，微控制器，存储器，总线控制电路。模数转换电路，用于将热电偶因热电效应产生的电动势模拟量转换为数字量码值；光耦隔离器实现隔离模数转换电路和微控制器；微控制器，用于模数转换器生成的数字量码值转换为热电偶电动势，并根据热电偶分度表或电动势‑温度关系计算式将热电偶电动势转换为所对应的温度数据；存储器，用于存储热电偶分度表或电动势‑温度关系计算式与通道校准数据等信息；总线控制电路，用于将转换所得温度数据通过总线输出。本实用新型可支持多种冷端补偿获取温度方式，便于根据应用场景选择合适的冷端补偿，以满足实际的温度测量需求。

技术研发人员：陈海;赵德政;张帅;林浩;张彪;王永峰;霍书侠;刘云龙
受保护的技术使用者：中电智能科技有限公司
技术研发日：2019.10.14
技术公布日：2020.05.22