智能數(shù)顯溫度變送器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及溫度檢測領(lǐng)域，具體涉及一種智能數(shù)顯溫度變送器。本實(shí)用新型提供了一種智能數(shù)顯溫度變送器，包括溫度傳感器、微處理器CPU、液晶顯示模塊、PWM信號(hào)處理模塊、通訊輸出模塊、XTR115芯片、按鍵設(shè)計(jì)模塊，XTR115芯片的輸出端與溫度傳感器的輸入端連接，XTR115芯片的輸入端與PWM信號(hào)處理模塊的輸出端連接，微處理器CPU的輸出端與液晶顯示模塊、PWM信號(hào)處理模塊和通訊輸出模塊的輸入端連接，微處理器CPU的輸出端與PWM信號(hào)處理模塊、通訊輸出模塊和液晶顯示模塊的輸入端連接。本實(shí)用新型既能帶RS485通訊、又能二線制輸出DC4～20mA電流。
【專利說明】智能數(shù)顯溫度變送器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及溫度檢測領(lǐng)域，具體涉及一種智能數(shù)顯溫度變送器。

【背景技術(shù)】
[0002]智能數(shù)顯溫度變送器的設(shè)計(jì)和開發(fā)、已經(jīng)有很多類型和款式，但是目前市場上現(xiàn)有的智能數(shù)顯溫度變送器、往往很多廠家都只有現(xiàn)場帶顯示部分，也是按鍵設(shè)置、智能設(shè)計(jì)、無RS485通訊、甚至更多的廠家直接采用鎧裝一體化溫度傳感器、或溫度變送器、配裝帶通訊的二次溫度儀表；真正直接現(xiàn)場帶顯示帶RS485通訊的一體化溫度變送器就相當(dāng)少啦。當(dāng)然進(jìn)口產(chǎn)品能做到、但是價(jià)格也相當(dāng)?shù)陌嘿F、是國產(chǎn)價(jià)格的6?8倍,甚至更高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種智能數(shù)顯溫度變送器，既能帶RS485通訊、又能二線制輸出DC4?20mA電流。
[0004]本實(shí)用新型提供了一種智能數(shù)顯溫度變送器，包括溫度傳感器、微處理器、液晶顯示模塊、PWM信號(hào)處理模塊、通訊輸出模塊、XTR115芯片、按鍵設(shè)計(jì)模塊，XTR115芯片的輸出端與溫度傳感器的輸入端連接，XTRl 15芯片的輸入端與PWM信號(hào)處理模塊的輸出端連接，微處理器的輸出端與液晶顯示模塊、PWM信號(hào)處理模塊和通訊輸出模塊的輸入端連接，微處理器的輸出端與PWM信號(hào)處理模塊、通訊輸出模塊和液晶顯示模塊的輸入端連接。
[0005]所述微處理器為MSP430單片機(jī)。所述XTR115芯片的I腳連接有運(yùn)算放大器U2，溫度傳感器包括由鉬電阻PT100和電阻R4、R5、R6組成的惠斯通橋電路，所述惠斯通橋電路輸入端與運(yùn)算放大器U2的反饋電阻Rs兩端連接，所述惠斯通橋電路輸出端經(jīng)運(yùn)算放大器U3與微處理器的引腳P2.1連接。
[0006]所述PWM信號(hào)處理模塊包括由電阻RlO和的電容C4、C5組成的π型濾波器以及運(yùn)算放大器U4，微處理器的引腳Pl.3經(jīng)電阻R9和π型濾波器與運(yùn)算放大器U4的輸入端連接，運(yùn)算放大器U4的輸出端經(jīng)電阻Rl5與XTRl 15芯片的2腳連接。
[0007]所述XTR115芯片的8腳與三端穩(wěn)壓器U5連接。所述微處理器的Ρ3.0-3.2引腳分別與三個(gè)按鍵控制端連接。
[0008]所述微處理器的Ρ3.4-3.6引腳與通訊輸出集成塊連接，通訊輸出集成塊采用SP485芯片，，采用RS485通訊方式，Modbus-RTU協(xié)議。
[0009]所述XTR115芯片的5、6、7腳分別與三極管Ql的發(fā)射極、基極和集電極連接，XTRl 15芯片的8腳經(jīng)二極管Dl與24V電源正極連接，XTRl 15芯片的4腳與24V電源負(fù)極連接，XTRl 15芯片的8腳和4腳之間連接有電容Cl。
[0010]所述微處理器的端口 Pl.0-1.2與液晶顯示模塊連接。運(yùn)算放大器U2、U3、U4采用微功耗的雙運(yùn)算放大器AD8506。
[0011]本實(shí)用新型包括采集溫度信號(hào)的溫度傳感器鉬電阻PT100、低功耗微處理器、特殊定制的液晶顯示模塊、通訊輸出接口、專用芯片U1、兩線制輸出標(biāo)準(zhǔn)的直流信號(hào)DC4?20mA專用芯片Ul輸出2組穩(wěn)壓源:5V和2.5V，主要給液晶顯示模塊，集成塊，溫度傳感器供電、并自帶V/I轉(zhuǎn)化；微功耗微處理器，自帶10位A/D電路，通過軟件優(yōu)化處理，溫度顯示測量精度可以控制在0.2% FS以內(nèi)；通訊輸出模塊采用RS485通訊方式，Modbus-RTU協(xié)議，可以通過485轉(zhuǎn)232、或485轉(zhuǎn)USB直接和工控機(jī)相連接；本實(shí)用新型通過按鍵操作，還可以任意修改溫度變送器量程、顯示小數(shù)點(diǎn)位置等參數(shù)，既可以做到現(xiàn)場顯示，又可以電流遠(yuǎn)距離傳輸，還可以直接RS485通訊接口 PLC、工控機(jī)等，能廣泛應(yīng)用在石油、化工、制藥、食品、造紙等領(lǐng)域和需要溫度顯示監(jiān)測的場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型示意圖
[0013]圖2為本實(shí)用新型電路連接圖
[0014]1-溫度傳感器,2-微處理器,3-液晶顯不模塊,4-PWM信號(hào)處理模塊,5_通訊輸出模塊，6-XTR115芯片，7-按鍵設(shè)計(jì)模塊

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合說明書附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0016]本實(shí)用新型提供了一種智能數(shù)顯溫度變送器包括溫度傳感器1、微處理器2、液晶顯示模塊3、PWM信號(hào)處理模塊4、通訊輸出模塊5、XTRl 15芯片6、按鍵設(shè)計(jì)模塊7，XTRl 15芯片的輸出端與溫度傳感器的輸入端連接，XTRl 15芯片的輸入端與PWM信號(hào)處理模塊的輸出端連接，微處理器的輸出端與液晶顯示模塊、PWM信號(hào)處理模塊和通訊輸出模塊的輸入端連接，微處理器的輸出端與PWM信號(hào)處理模塊、通訊輸出模塊和液晶顯示模塊的輸入端連接。
[0017]上述技術(shù)方案中，XTRl 15芯片具有2組電壓為5V和2.5V的穩(wěn)壓電源輸出，主要給液晶顯示模塊，通訊輸出模塊、按鍵設(shè)計(jì)模塊、溫度傳感器等提供電源。XTR115芯片自帶V/I轉(zhuǎn)換電路和二線制電流DC4?20mA輸出，電流輸出公式lout = 100Vin/Rin =10X (VU4-l/R18+Vref2.5/R19)。微處理器的參考電壓Vref = 2.5V，通過電阻R19提供一部分信號(hào)輸入，運(yùn)算放大器U4的輸出信號(hào)通過電阻R18提供一部分信號(hào)輸入。
[0018]微處理器為MSP430單片機(jī)。本實(shí)用新型包括運(yùn)算放大器U2、U3、U4，上述運(yùn)算放大器米用微功耗的雙運(yùn)算放大器AD8506。
[0019]XTRl 15芯片的I腳連接有運(yùn)算放大器U2，XTR115芯片的I腳經(jīng)電阻Rl與運(yùn)算放大器U2的5腳連接，運(yùn)算放大器U2的5腳經(jīng)電阻R2接地，電阻R2兩端并聯(lián)有電容C2。運(yùn)算放大器U2的7腳分別與6腳、3腳連接。運(yùn)算放大器U2的3腳經(jīng)電阻R3接地。運(yùn)算放大器U2的2腳和I腳之間連接有反饋電阻Rs。溫度傳感器包括由鉬電阻PT100和電阻R4、R5、R6組成的惠斯通橋電路，所述惠斯通橋電路輸入端與運(yùn)算放大器U2的反饋電阻Rs兩端連接，所述惠斯通橋電路輸出端經(jīng)運(yùn)算放大器U3與微處理器的引腳P2.1連接。運(yùn)算放大器U3的3腳和5腳為輸入端。運(yùn)算放大器U3的2腳經(jīng)電阻R7接地，2腳和I腳通過電阻R8連接，I腳和6腳通過電阻R9連接，6腳和7腳通過電阻RlO連接。運(yùn)算放大器U3的7腳經(jīng)電阻Rll與微處理器的引腳P2.1連接。微處理器的引腳P2.1經(jīng)電容C3接地。溫度傳感器采用鉬電阻PtlOO、通過加裝三個(gè)電阻R4、R5、R6、組成一個(gè)惠斯通電橋。為了降低功耗、將溫度傳感器部分惠斯通電橋設(shè)計(jì)在運(yùn)算放大器U2運(yùn)放的反饋電阻RS上，使其產(chǎn)生激勵(lì)電壓V+并作為壓力傳感器的輸入電壓。隨著溫度的變化，溫度傳感器惠斯通電橋輸出信號(hào)也發(fā)生變化，然后通過運(yùn)算放大器U3將信號(hào)直接放大，直接輸入到微處理器U6輸入端9腳上，微處理器U6將接收到的信號(hào)處理后輸出至PWM信號(hào)處理模塊、液晶顯示模塊和通訊輸出模塊。
[0020]PWM信號(hào)處理模塊包括由電阻R13和的電容C4、C5組成的π型濾波器以及運(yùn)算放大電路U4，微處理器U6的引腳Ρ1.3經(jīng)電阻R9和π型濾波器與運(yùn)算放大電路U4的5腳連接。運(yùn)算放大電路U4的6腳和7腳連接，7腳經(jīng)電阻R14與3腳連接。運(yùn)算放大電路U4的3腳經(jīng)電阻R15接地，電阻R15兩端并聯(lián)有電容C6。運(yùn)算放大電路U4的2腳經(jīng)電阻R16接地，2腳經(jīng)電阻R17與I腳連接，電阻R17兩端并聯(lián)有電容C7。運(yùn)算放大電路U4的I腳經(jīng)電阻R18與XTRl 15芯片的2腳連接。XTRl 15芯片的I腳經(jīng)電阻R19和2腳連接。XTRl 15芯片參考電壓Vref = 2.5V，通過電阻R19提供一部分信號(hào)輸入；運(yùn)算放大電路U4的輸出端通過電阻R18提供一部分信號(hào)輸入。微處理器U6輸出PWM方波信號(hào)的同時(shí),可將A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)輸出。當(dāng)輸入溫度變化時(shí)，PWM信號(hào)輸出的頻率不變，只是脈寬發(fā)生變化、也就是改變波形的占空比。然后PWM信號(hào)通過π型濾波器的二級RC濾波，轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)、然后通過運(yùn)算放大電路U4的放大處理后，輸出信號(hào)通過電阻R18進(jìn)入XTR115芯片Ul。微處理器U6采用微功耗的MSP430系列的微處理器，自帶10位A/D轉(zhuǎn)換電源，工作電壓可以做到很低，一般為1.8?3.6V，接收來自溫度傳感器的輸入信號(hào)后，通過軟件優(yōu)化處理，顯示測量精度可以控制在0.2% FS以內(nèi)。
[0021]上述技術(shù)方案中，XTRl 15芯片的8腳與三端穩(wěn)壓器U5連接。。三端穩(wěn)壓器U5采用的7133穩(wěn)壓管包括電壓輸入端、電壓輸出端和接地端，三端穩(wěn)壓器U5直接將5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓，其5V電壓輸入端經(jīng)電容C8接地，3.3V電壓輸出端經(jīng)電容C9接地.3.3V的輸出電壓給微處理器U6的和通訊集成塊U7供電，同時(shí)經(jīng)限流電阻給液晶顯示模塊的特制液晶板供電。
[0022]上述技術(shù)方案中，微處理器的Ρ3.0-3.2引腳分別與三個(gè)按鍵控制端連接，三個(gè)按鍵控制開關(guān)Κ1、Κ2、Κ3分別經(jīng)電阻與3.3V電源電壓連接。通過按鍵操作，可以任意修改溫度變送器溫度范圍、小數(shù)點(diǎn)位置等參數(shù)。
[0023]上述技術(shù)方案中，微處理器的Ρ3.4-3.6引腳與通訊輸出集成塊連接，通訊輸出集成塊采用SP485芯片，采用RS485通訊方式，Modbus-RTU協(xié)議。SP485芯片的I腳與微處理器的Ρ3.5端口連接，SP485芯片的4腳與微處理器的Ρ3.4端口連接，SP485芯片的8腳和6腳經(jīng)電阻連接，SP485芯片的7腳經(jīng)電阻接地，SP485芯片的5腳直接接地。SP485芯片的87腳和6腳為本實(shí)用新型通訊輸出端。本實(shí)用新型可以通過485轉(zhuǎn)232、或485轉(zhuǎn)USB直接和工控機(jī)相連接；通訊波特率默認(rèn)為常用的9600bps。
[0024]上述技術(shù)方案中，XTR115芯片的5、6、7腳分別與三極管Ql的發(fā)射極、基極和集電極連接，XTRl 15芯片的8腳經(jīng)二極管Dl與24V電源正極連接，XTRl 15芯片的4腳與24V電源負(fù)極連接，XTR115芯片的8腳和4腳之間連接有電容Cl。24V電源的正負(fù)極輸出4_20mA的直流電。
[0025]上述技術(shù)方案中，微處理器的端口 Pl.0-1.2與液晶顯示模塊連接。液晶顯示模塊連接有5V和3.3V電源電壓。液晶顯示模塊的液晶板特殊定做、采用HT1621作為IXD驅(qū)動(dòng)芯片，正四位IXD設(shè)計(jì)，最大顯示范圍為-1999?9999。液晶板另設(shè)計(jì)有顯示單位:°C攝氏度、KPa、MPa、(預(yù)留給壓力)、m(預(yù)留給液位、米)、等四種；其小數(shù)點(diǎn)位置可任意選擇，最多可以帶3位小數(shù)點(diǎn):即整數(shù)、一位0.0、二位0.00、三位0.000。
[0026]本產(chǎn)品全部采用軟件校準(zhǔn)，無電位器設(shè)計(jì)，操作菜單中有校準(zhǔn)的菜單。輸出校準(zhǔn)時(shí)，因溫度傳感器是非線性的，本實(shí)用新型利用折線法，直接采用5點(diǎn)式校準(zhǔn)，將溫度量程范圍分為4個(gè)區(qū)間、5個(gè)點(diǎn)分別校準(zhǔn)，即溫度量程范圍的0%、25%、50%、75%、100%，保證4個(gè)區(qū)間的溫度間隔是相等的即可。如:溫度O?200°C，則先校零點(diǎn)0°C、再校50°C、校100°C、校150°C、最后校量程200°C。輸出校準(zhǔn)時(shí)，校輸出信號(hào)DC4?20mA，同樣的道理，也是采用折線法5點(diǎn)式校準(zhǔn)，直接校準(zhǔn)輸出4mA零點(diǎn)、8mA點(diǎn)、12mA點(diǎn)、16mA點(diǎn)、20mA滿度。保證輸入與輸出對應(yīng)的線性關(guān)系。
[0027]本實(shí)用新型采用軟件校準(zhǔn)、無電位器設(shè)計(jì)，所以在正式校準(zhǔn)之前，必須簡單的判斷硬件的正確性，當(dāng)硬件出現(xiàn)異常的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)無法校準(zhǔn)的現(xiàn)象；所以在整個(gè)電路中設(shè)計(jì)了幾個(gè)監(jiān)測點(diǎn)、判斷硬件電路是否正常。如穩(wěn)壓源的檢查、5V、3.3V、2.5V等、同時(shí)分別檢查運(yùn)算放大器U2、U3、U4的7腳電壓輸出、I腳電壓輸出。為了提高抗干擾能力，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了軟件濾波、使產(chǎn)品顯示更加穩(wěn)定、可靠、提高產(chǎn)品的適用性。本實(shí)用新型采用5點(diǎn)式折線法、利用軟件實(shí)現(xiàn)溫度傳感器的非線性化校正，實(shí)踐證明產(chǎn)品精度可以達(dá)到0.2% FS以內(nèi)。
[0028]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種智能數(shù)顯溫度變送器，其特征在于包括溫度傳感器、微處理器、液晶顯示模塊、PWM信號(hào)處理模塊、通訊輸出模塊、XTRl 15芯片、按鍵設(shè)計(jì)模塊，XTRl 15芯片的輸出端與溫度傳感器的輸入端連接，XTRl 15芯片的輸入端與PWM信號(hào)處理模塊的輸出端連接，微處理器的輸出端與液晶顯示模塊、PWM信號(hào)處理模塊和通訊輸出模塊的輸入端連接，微處理器的輸出端與PWM信號(hào)處理模塊、通訊輸出模塊和液晶顯示模塊的輸入端連接，微處理器為MSP430單片機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能數(shù)顯溫度變送器，其特征在于XTRl15芯片的I腳連接有運(yùn)算放大器U2，溫度傳感器包括由鉬電阻PTlOO和電阻R4、R5、R6組成的惠斯通橋電路，所述惠斯通橋電路輸入端與運(yùn)算放大器U2的反饋電阻Rs兩端連接，所述惠斯通橋電路輸出端經(jīng)運(yùn)算放大器U3與微處理器的引腳P2.1連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能數(shù)顯溫度變送器，其特征在于PWM信號(hào)處理模塊包括由電阻RlO和的電容C4、C5組成的π型濾波器以及運(yùn)算放大器U4，微處理器的引腳Pl.3經(jīng)電阻R9和π型濾波器與運(yùn)算放大器U4的輸入端連接，運(yùn)算放大器U4的輸出端經(jīng)電阻R15與XTRl 15芯片的2腳連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能數(shù)顯溫度變送器，其特征在于XTRl15芯片的8腳與三端穩(wěn)壓器U5連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能數(shù)顯溫度變送器，其特征在于微處理器的Ρ3.0-3.2引腳分別與三個(gè)按鍵控制端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能數(shù)顯溫度變送器，其特征在于微處理器的Ρ3.4-3.6引腳與通訊輸出集成塊連接，通訊輸出集成塊采用SP485芯片，采用RS485通訊方式，Modbus-RTU 協(xié)議。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能數(shù)顯溫度變送器，其特征在于XTR115芯片的5、6、7腳分別與三極管Ql的發(fā)射極、基極和集電極連接，XTRl 15芯片的8腳經(jīng)二極管Dl與24V電源正極連接，XTRl 15芯片的4腳與24V電源負(fù)極連接，XTRl 15芯片的8腳和4腳之間連接有電容Cl。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能數(shù)顯溫度變送器，其特征在微處理器的端口Pl.0-1.2與液晶顯示模塊連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能數(shù)顯溫度變送器，其特征在于運(yùn)算放大器U2、U3、U4采用微功耗的雙運(yùn)算放大器AD8506。
【文檔編號(hào)】G01K7/18GK204101205SQ201420429709
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】陳龍軍, 李梓固 申請人:武漢松野智能儀表有限公司