专利名称：一种现场总线式温度测控模块输入信号处理方法
技术领域：
衣发明涉及一种温度传感器的输入信号处理方法，该方法可以应用于热电 偶、热电阻温度传感器的信号处理，也可适用于()-5V电压信号'4--20mA电流 信号的处理,，
背景技术：
在工业过程控制中，依据被测f以及测控性能要求的不W,可能使用多种 不同的温度传感器，传感器可能直接接到总线式温度过程控制模块上，也可能 通过变送器变换成0-5V或4-20mA的标准信号后再送到温度控制模块上。当前 的过程控制 一般希望通过软件来对系统中的各功能模块进行配置和组态，构成 所需要的过程控制系统，为了适应不同的传感器和输入信号，通常利用手工改 变跳线开关的状态，或者选择特不同的测控模块来适应不同的传感器或输入信 号源，这种手动跳线的方法给系统配置带来不便'，
发明内容
本发明提供一种现场总线式温度测控模块输入信号处理方法。基于微处理 器可由软件配置输入接口电^备，通过软件配置可分别适用于热电偶、热电阻、
电压源、电流源信号#r入。
(1 )接口电路由单片机、恒流源II和12、低导通电阻电子开关SW1 ~ SW5、 可程控量程AD变换器和相应的电阻电容网络、RS485通信接口构成，每一种不 同的输入信号都有一个特定配置编码，单片机依据配置信息通过控制信号Sl、 S2、 S3、 S4、 S5控制电子开关SW1、 SW2、 SW3、 SW4、 SW5的通断状态来构成不 问输入信号的输入接口电路；
(2 )热电偶使用两线制接口 ，热电偶利用JP-1和JP-2接入，单片机控 制使电子开关SW2、 SW3、 SW4断开，构成热电偶输入接口；在正常温度检测时 SW1和SW5断开，热电偶信号送具有程控增益放大器的A:D接口电路；单片机通 过控制使SW1和SW5闭合利用AI)的过量程信号实现热电偶断线检测；
(3)热电阻使用三线制接口，热电阻Rt.通过JP-1、 JP-2、 JP-3接入、 单片机控制使电子开关SW3和SW5断开，构成热电阻输入接口；正常温度检测 时单片机输出控制信号SI =S2=1、 S4^使SW1和SW2闭合、SW4断开，由恒流
3源11、 12,电阻R1、 Rt构成测量电桥进行温度检测，输出信号送到具有程控 增益放大器的AD电路；单片机通过输出控制信号Sl、 S2、 S4分别控制SW1、 SW2、 SW4的不同通断组合并利用AD的过量程信号实现对热电阻的断线检测；
(4) 电压源V使用两线制接口，通过JP-1、 JP--2接入，单片机控制使电 子开关S2 = S3=S5 = 0、 S4:1使SW2、 SW3、 SW5断开、SW4导通,构成电压输入 接口电路；正常测量时SW1断开，输入电压信号送到具有程控放大器的yU)电 路；单片机通过输出控制信号S1-1使SW导通并利用AD的过量程信号实现电 压输入信号断线检测；
(5) 电流源I使用两线制接口，通过JP-1、 JP-2接入，单片机控制电子 开关SW1、 SW2、 SW5断开，SW3、 SW4导通,构成电流输入接口电路，输入电流 信号经电阻R3转换成电压信号后送具有程控放大的AD电路。
本发明给出的传感器输入信号处理电路通过配置软件自动适应传感器，同 时具有传感器断线自动检测功能。
图1为本发明具有断线自动检测功能的两线制热电偶输入接口电路。 图2为本发明的具有断线自动检测功能的三线制热电阻输入接口电路。 图3为本发明0--5V电压信号输入接口电路。 图4为本发明4一20mA电流信号输入接口电路,， 图5为本发明复合型输入接口及控制与AD转换接口电路。 图6为本发明恒流源电路。
具体实施方式
实施例
实例如图5所示，恒流源如图6所示。电子开关SW1 ~ SW4使用高电压低 导通电阻型电子开关，单片机使用AT89C52 (或C8551F02) )， AD变换器使用内 部带量程控制的16位厶-E型串行接口 AD变换器CS552 3，具有 25nW， 55mV, 100mV, IV， 2. 5V, 5V六个量程，只要写入相应的量程选4奪控制字就可 选择所需要的量程，转换结果具有超量程标志。单片机通过P31. 5 ~ PI. 7， P2.() 模拟SPI.接口信号向AD写配置(控制)信息并读取转换结果。
(1 )热电偶使用两线制4喜口 ，热电偶利用]P-1和JP-2接入，单片机输 出控制信号S2-S3-S4-0使电子开关SW2、 SW3、 SW4断开，构成图1所示热 电偶输入接口；在正常温度检测时，控制信号S1=0， S5=(),电子开关SW1和SW5断开，热电偶信号送到具有程控增益放大器的AD接口电路；每间隔1分钟进 行一次电偶断线检测，这时单片机输出控制信号Sl = l、 S5=l,使SW1和SW; 闭合，通过A[)的过量程信号实现热电偶断线检测；
(2 )热电阻使用三线制接口 ,热电阻Rt通过JP-1 、 JP -2 、 JP-3接入， #片机输出控制信号S3=S5 =()，使SW3和SW5断开，构成闺2所示的热电阻榆 入接口；正常温度检测时单片机输出控制信号SI =S2 = 1、 S")使SW1和SW2 闭合、SW4断开，由恒流源II、 12，电阻R1、 Rt构成测量电桥进行温度检测， 电桥输出信号送到具有程控增益放大器的AD电路；每间隔]分钟进行一次电 阻断线检测，这时单片机输出控制信号Sl、 S2、 S4，分别控钊SW1、 SW2、 SW4 通断的不同组合，通过AD变换的过量程信号实现热电偶断线检测；
(3) 电压源V使用两线制接口，通过JP-1、 JP-2接入，单片机输出控制 信号S2 = S3-S5 - 0、 S44使SW2、 SW3、 SW5断开、SW4导通，构成图3所示的 电压输入接口电路；正常测量时SW1断开，输入电压信号送程控放大器及AD 变换器；每间隔1分钟进行一次断线检测，这时单片机输出控制信号S) =H使 SW1导通，通过AD变换器的过量程信号实现电压输入信号断线检测；
(4) 电流源工使用两线制接口，通过JP-1、 JP-2接入,，单片机恒定输出 控制信号Sl-S2:S5-0、 S3=S4=1，使SW1、 SW2、 SW5断开、SW3、 SW4导通， 构成图4所示的电流输入接口电路，输入电流信号经电阻转换成电压信号 后送程控放大器及AD变换器；
(5 )单片机通过SP1或利用单片机的通用I/O端口模拟SPI接口进行AD 转换控制和读取AD转换结果，利用RS485接口接收配置信息和传送AD转换结 果。
权利要求
1. 一种现场总线式温度测控模块输入信号处理方法，其特征在于(1)接口电路由单片机、恒流源I1和I2、低导通电阻电子开关SW1～SW5、可程控量程AD变换器和相应的电阻电容网络、RS485通信接口构成，每一种不同的输入信号都有一个特定配置编码，单片机依据配置信息通过控制信号S1、S2、S3、S4、S5控制电子开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5的通断状态来构成不同输入信号的输入接口电路；(2)热电偶使用两线制接口，热电偶利用JP-1和JP-2接入，单片机控制使电子开关SW2、SW3、SW4断开，构成热电偶输入接口；在正常温度检测时SW1和SW5断开，热电偶信号送具有程控增益放大器的AD接口电路；单片机通过控制使SW1和SW5闭合利用AD的过量程信号实现热电偶断线检测；(3)热电阻使用三线制接口，热电阻Rt通过JP-1、JP-2、JP-3接入，单片机控制使电子开关SW3和SW5断开，构成热电阻输入接口；正常温度检测时单片机输出控制信号S1＝S2＝1、S4＝0使SW1和SW2闭合、SW4断开，由恒流源I1、I2，电阻R1、Rt构成测量电桥进行温度检测，输出信号送到具有程控增益放大器的AD电路；单片机通过输出控制信号S1、S2、S4分别控制SW1、SW2、SW4的不同通断组合并利用AD的过量程信号实现对热电阻的断线检测；(4)电压源V使用两线制接口，通过JP-1、JP-2接入，单片机控制使电子开关S2＝S3＝S5＝0、S4＝1使SW2、SW3、SW5断开、SW4导通，构成电压输入接口电路；正常测量时SW1断开，输入电压信号送到具有程控放大器的AD电路；单片机通过输出控制信号S1＝1使SW导通并利用AD的过量程信号实现电压输入信号断线检测；(5)电流源I使用两线制接口，通过JP-1、JP--2接入，单片机控制电子开关SW1、SW2、SW5断开，SW3、SW4导通，构成电流输入接口电路，输入电流信号经电阻R3转换成电压信号后送具有程控放大的AD电路。
全文摘要
本发明公开一种现场总线式温度测控模块输入信号处理方法。1.主要由单片机、恒流源I1和I2、电子开关SW1～SW5、AD变换电路、RS485接口构成，每种输入信号都分配一个配置编码，单片机接收配置命令，控制电子开关的通断组合构成对应输入信号的接口电路；2.热电偶用两线制接口，温度检测时SW1-SW5断开，单片机通过控制SW1和SW5闭合，利用AD过量程信号实现热电偶断线检测；3.热电阻用三线制接口，温度检测时SW1、SW2闭合其它电子开关断开，单片机控制SW1-SW5状态实现对热电阻R<sub>t</sub>的三线进行断线检测；4.电压源V用两线制接口，正常检测全部电子开关断开，单片机通过控制SW1导通实现输入信号断线检测；5.电流源I用两线制接口，SW3、SW4导通其它开关断开。
文档编号G05D23/22GK101504554SQ20091011388
公开日2009年8月12日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者张益伟, 牛秦洲, 蒋存波, 红 金, 韦武杰 申请人:桂林工学院