一种基于热电偶传感器的PLC温度测量电路及测量方法与流程

本发明涉及plc温度测量领域，具体涉及一种基于热电偶传感器的plc温度测量的电路及其实现方法。

背景技术：

1、plc控制器(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)是一种基于微处理器的数字运算控制器。由于可实现对外接扩展部分的自动控制，因此在各类设备的控制系统中均具有重要的应用。

2、在设备的自动化控制应用中，基于热电偶传感器的plc温度测量是plc控制系统在自动化控制领域中不可或缺的一种重要应用。

3、基于热电偶传感器的plc温度测量多采用进口品牌σ-δ型的adc集成电路芯片为核心的传统技术方案：热电偶传感器产生的微小电压模拟信号经过简单的低通滤波电路处理后传输到adc集成电路芯片的模拟电压输入口，adc集成电路芯片内部将模拟信号转换成数字信号后再进行下一步处理。

4、在传统技术方案中存在以下缺陷：简单的低通滤波电路在复杂的电磁应用环境中不足以消除严重的干扰，导致干扰信号混叠在热电偶传感器产生的微小电压模拟信号上，带来温度测量偏差的问题；σ-δ型的adc集成电路芯片内部模拟信号转数字信号时间通常在百毫秒级，多路通道轮询采集周期将达到数百毫秒级甚至秒级时间，带来温度测量滞后的问题。从而不可避免的影响到plc控制系统对自动化设备温度采集、控制的可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供了一种基于热电偶传感器的plc温度测量的电路及其实现方法：该温度测量电路可以有效消除混叠在热电偶传感器产生的微小电压模拟信号上的干扰信号，解决温度测量偏差的问题；采用的温度测量方法可以有效降低多路通道轮询采集周期时间，解决温度测量滞后的问题。从而大大提高plc控制系统对自动化设备温度采集、控制的可靠性。

2、为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：

3、一种基于热电偶传感器的plc温度测量电路，包括：

4、若干个热电偶传感器；

5、信号通道单元，与各热电偶传感器一一对应设有若干路，每路信号通道单元分别将对应的热电偶传感器产生的微小电压模拟信号传递至信号采集单元；所述信号通道单元采用π型无源低通滤波器、仪用放大器、一阶有源低通滤波器和二阶有源巴特沃斯低通滤波器构成的组合低通滤波电路，对接收的微小电压模拟信号进行放大、滤波处理；

6、信号采集单元，包括模拟信号放大/滤波电路，所述模拟信号放大/滤波电路采用sar型adc集成电路芯片，将接收到的模拟信号转换为数字信号，传递至信号处理单元；

7、信号处理单元，对接收的数字信号进一步滤波处理，并将处理后的数字信号转换成最终需要的温度值。

8、其中，信号处理单元包括mcu微处理芯片、数字信号通讯接口；

9、信号采集单元包括sar型adc集成电路芯片、数字信号通讯接口、模拟信号输入接口；

10、进一步的，信号采集单元的sar型adc集成电路芯片可以但不限制为sgm51652、ads8688等芯片；

11、信号通道单元包括运算放大器、电阻、电容、共模电感等元器件构成的模拟信号放大/滤波电路、模拟信号输入接口、模拟信号输出接口；

12、进一步的，上述信号通道单元的模拟信号放大/滤波电路包括运算放大器u1a、u1b、u2a、u2b，电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15、r16、r17、r18、r19，电容c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9，共模电感cm1；

13、更进一步的，所述信号通道单元的模拟信号放大/滤波电路为π型无源低通滤波器、仪用放大器、一阶有源低通滤波器、二阶有源巴特沃斯低通滤波器构成的组合低通滤波电路；

14、上述信号处理单元的数字信号通讯接口可以是所述mcu微处理芯片内置的spi、i2c、can或usart等常规的数字信号通讯接口；

15、信号采集单元的数字信号通讯接口可以是所述sar型adc集成电路芯片内置的spi、i2c、can或usart等常规的数字信号通讯接口；

16、其中，信号处理单元的数字信号通讯接口与所述信号采集单元的数字信号通讯接口相连；

17、信号采集单元的模拟信号输入接口与所述若干路信号通道单元的模拟信号输出接口相连；

18、信号通道单元的模拟信号输入接口与所述的热电偶传感器相连；

19、上述的热电偶传感器可以但不限制为常规的k型、j型、t型或s型等热电偶传感器。

20、本发明还提供了采用上述plc温度测量电路进行温度测量的实现方法，包括以下步骤：

21、s1、热电偶传感器产生的微小电压模拟信号通过信号通道单元的模拟信号输入接口，传递到信号通道单元，经过模拟信号放大/滤波电路处理后，传递到信号通道单元的模拟信号输出接口；

22、s2、若干路信号通道单元的模拟信号输出接口将若干路模拟信号传递给信号采集单元的模拟信号输入接口，信号采集单元中的sar型adc集成电路芯片依次轮询采集信号采集单元的模拟信号输入接口的模拟电压信号，经过sar型adc集成电路芯片内部处理并转换成数字信号，传递到信号采集单元的数字信号通讯接口；

23、s3、信号采集单元的数字信号通讯接口将数字信号传递给信号处理单元的数字信号通讯接口，信号处理单元的mcu微处理芯片接收到数字信号后，内部可以任意灵活配置多种数字滤波算法对数字信号进一步数字滤波处理，并将处理后的数字信号转换成最终需要的温度值。

24、本发明相比现有技术具有以下有益效果：

25、本发明基于热电偶传感器的plc温度测量电路，对传统技术方案中的adc集成电路芯片、低通滤波电路做了改进：将简单的低通滤波电路替换为π型无源低通滤波器、仪用放大器、一阶有源低通滤波器、二阶有源巴特沃斯低通滤波器构成的组合低通滤波电路，可以有效消除混叠在热电偶传感器产生的微小电压模拟信号上的干扰信号，解决温度测量偏差的问题；并将σ-δ型的adc集成电路芯片替换为sar型的adc集成电路芯片，adc集成电路芯片内部模拟信号转数字信号时间由百毫秒级降低为数微秒级，可以有效降低多路通道轮询采集周期时间，解决温度测量滞后的问题。

26、采用本发明基于热电偶传感器的plc温度测量电路能有效提高plc控制系统对自动化设备温度采集、控制的可靠性。

27、应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

28、结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

技术特征：

1.一种基于热电偶传感器的plc温度测量电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的plc温度测量电路，其特征在于，所述模拟信号放大/滤波电路包括运算放大器u1a、u1b、u2a、u2b，电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15、r16、r17、r18、r19，电容c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9，共模电感cm1，其连接关系为：共模电感cm1的1号引脚与模拟信号输入接口的in+相连，共模电感cm1的2号引脚与模拟信号输入接口的in-相连，共模电感cm1的3号引脚与电阻r1、r3的一端相连，共模电感cm1的4号引脚与电阻r2、r4的一端相连，电阻r1的另一端与电源v-相连，电阻r2的另一端与电源v+相连，电阻r3的另一端与电阻r5、电容c1的一端相连，电阻r4的另一端与电阻r6、电容c2的一端相连，电容c1、c2的另一端与电源gnd相连，电阻r5的另一端与电容c3的一端、运算放大器u1a的同相输入端相连，电阻r6的另一端与电容c3的另一端、运算放大器u1b的同相输入端相连，运算放大器u1a的反相输入端与电阻r7的一端、电阻r8的一端相连，运算放大器u1b的反相输入端与电阻r7的另一端、电阻r9的一端相连，电阻r8的另一端与电阻r10的一端相连，电阻r9的另一端与电阻r11的一端相连，电阻r10的另一端与运算放大器u1a的输出端、电阻r12的一端相连，电阻r11的另一端与运算放大器u1b的输出端、电阻r13的一端相连，电阻r12的另一端与电阻r14的一端、电容c4的一端、运算放大器u2a的同相输入端相连，电阻r13的另一端与电阻r15的一端、电容c5的一端、运算放大器u2a的反相输入端相连，电阻r14的另一端、电容c4的另一端与电源gnd相连，电阻r15的另一端、电容c5的另一端、运算放大器的输出端与电阻r16的一端相连，电阻r16的另一端与电阻18的一端、电容c7、c8、c9的一端相连，电阻18的另一端与电阻r17的一端相连，电阻r17的另一端与电容c6的一端、运算放大器u2b的同相输入端相连，电容c6的另一端与电源gnd相连，运算放大器u2b的反相输入端与电阻r19的一端相连，电容c7、c8、c9的另一端、电阻r19的另一端、运算放大器u2b的输出端与模拟信号输出接口的out相连。

3.根据权利要求2所述的plc温度测量电路，其特征在于，所述电容c1、c2的参数相同，所述电容c4、c5的参数相同，所述电容c6、c7、c8、c9的参数相同，所述电阻r3、r4的参数相同，所述电阻r5、r6的参数相同，所述电阻r7、r8、r9、r10、r11的参数相同，所述电阻r12、r13的参数相同，所述电阻r14、r15的参数相同。

4.根据权利要求1至3任一所述的plc温度测量电路，其特征在于，所述信号处理单元包括mcu微处理芯片、数字信号通讯接口；所述信号采集单元包括数字信号通讯接口、模拟信号输入接口和所述sar型adc集成电路芯片；所述信号通道单元包括模拟信号输入接口、模拟信号输出接口和所述模拟信号放大/滤波电路；所述信号处理单元的数字信号通讯接口与所述信号采集单元的数字信号通讯接口相连，所述信号采集单元的模拟信号输入接口与各路信号通道单元的模拟信号输出接口相连；所述信号通道单元的模拟信号输入接口与所述的热电偶传感器相连。

5.根据权利要求4所述的plc温度测量电路，其特征在于，所述sar型adc集成电路芯片采用sgm51652、或ads8688；所述信号采集单元的数字信号通讯接口采用所述sar型adc集成电路芯片内置的spi、i2c、can或usart数字信号通讯接口；所述信号处理单元的数字信号通讯接口采用所述mcu微处理芯片内置的spi、i2c、can或usart数字信号通讯接口；所述热电偶传感器采用k型、j型、t型或s型热电偶传感器。

6.一种采用权利要求4所述plc温度测量电路的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于热电偶传感器的PLC温度测量电路，包括：若干个热电偶传感器；信号通道单元，与各热电偶传感器一一对应设有若干路，每路信号通道单元均采用π型无源低通滤波器、仪用放大器、一阶有源低通滤波器和二阶有源巴特沃斯低通滤波器构成的组合低通滤波电路；信号采集单元，采用SAR型ADC集成电路芯片；信号处理单元，对接收的数字信号进一步滤波处理，并将处理后的数字信号转换成最终需要的温度值。采用本发明PLC温度测量电路大大提高PLC控制系统对自动化设备温度采集、控制的可靠性。

技术研发人员：张弦,倪娟,邸晨松,刘兆海
受保护的技术使用者：南京科远驱动技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14