數(shù)據(jù)采集模塊各通道的處理

模塊是基于總線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集和控制模塊，提供了模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、定時器/計數(shù)器、交流電量采集、無線數(shù)傳等功能。數(shù)據(jù)采集模塊可以通過命令進行遠程操作控制。

1.熱電阻部分（PT100）：硬件電路中，熱電阻采用的是三線制接法（以消除線上電阻），采用LM234構(gòu)成的恒流源電路（電流約為0.134/120安培）將電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號，然后將該信號放大10倍（由OP07構(gòu)成的正比例放大器，理論發(fā)大倍數(shù)10.1倍。Vo=Vi*(1+Rf/R1)）＃送入AD。

三線制的另一端也放大10倍（理論10.1倍）＃后送入AD。?熱電阻采用的是三線制接法（以消除線上電阻），因此必將有一路傳送該信號（CH1），所以在熱電阻部分的軟件處理需要兩路信號（CH0,CH1）進行數(shù)值運算。

2.熱電偶部分（K型）：硬件電路按照0～40mV的輸入設計的，大約可測溫度范圍0～967度。放大125倍后送入AD（由OP07構(gòu)成的兩級放大電路，初級放大5倍（實際Rf使用的是5.1K?＃）?第二級放大25倍（實際Rf使用的是24K+1K）＃）。由于，熱電偶存在冷端補償?shù)膯栴}，電路設計了利用PN結(jié)測溫法進行補償（詳見PN結(jié)部分）。

熱電偶測溫原理：【1】不同導體構(gòu)成回路時，因兩結(jié)點溫度不同，就會在結(jié)點兩端有電勢輸出（熱電效應）。所產(chǎn)生的熱電動勢主要由兩部分組成：接觸電動勢（不同導體接觸，由于電子密度不同產(chǎn)生）和溫差電動勢（同一導體兩端溫度不同產(chǎn)生）。當材料一定時，那么熱電動勢只與兩個結(jié)點的溫度由關(guān)，即：

Eab(T,T0)=E(T)-E(T0)

通常希望T0＝0或為常數(shù)時，則?Eab(T,T0)=E(T)

可見，保持冷端為0度或為一常數(shù)時使用熱電偶的前提條件。要求冷端溫度必須恒定，時因為熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢不僅與被測溫度有關(guān)，而且還和冷端溫度有關(guān)，只有在冷端溫度固定后，熱電勢才和被測溫度有單一的函數(shù)關(guān)系，保持冷端為0度，是因為經(jīng)常使用的熱電偶的分度表和顯示儀表是以熱電偶的冷端溫度為0度作為先決條件的，為了直接應用分度表，就必須使冷端溫度為0度。但在實際測量中，冷端的溫度往往是波動的，從而造成測量誤差。為了盡量減小這種誤差，就需要設法使冷端溫度保持0度，或先保持恒定，然后進行補正（就使消除因冷端溫度不使0度而帶來的誤差）。冷端溫度的處理方法有很多，這里采用冷端溫度的補正的方法。

（1）熱電動勢補正法

當冷端溫度變化后，（t0變化到t1），熱電偶算產(chǎn)生的熱電勢分別為：

E(t,t0)=E(t)-E(t0)?

E(t,t1)=E(t)-E(t1)

兩式相減得，

E(t,t0)-E(t,t1)=E(t1)-E(t0)=E(t1,t0)?即

E(t,t0)=E(t,t1)+E(t1,t0)

其中，E(t,t1為熱電偶實際測得的熱電動勢，而E(t1,t0)為熱電偶冷端溫度有t0變化到t1相應的熱電動勢，這兩個值都可以由熱電偶分度表查出所對應的溫度值。

（2）.溫度補正法

熱電動勢補正法計算比較麻煩，簡單的方法式將實際中測量熱電偶冷端溫度為補正值，但誤差比法1要大（但對一般的工業(yè)生產(chǎn)來說還是允許的）。此法對熱電特性線性度較差的熱電偶不適用。實際中，工業(yè)上還采用溫度補正系數(shù)K修正（補正系數(shù)由相應表格查得）。?綜合考慮，該系統(tǒng)采取的是方法一的補正方法。

3.PN結(jié)部分：該部分的設計思路是基于PN結(jié)的溫度特性，用PN結(jié)來測量熱電偶冷端溫度（室溫），用以進行熱電偶測溫的補正。

PN結(jié)的溫度特性【2】：PN結(jié)的正向壓降具有負的溫度系數(shù)，并且在一定范圍內(nèi)隨溫度近似呈線性變化，利用該性質(zhì)可將PN結(jié)作為溫度傳感器使用。（注意為避免自身發(fā)熱影響測量精度，通過PN結(jié)的電流不宜過大，應取0.1mA左右）實驗測量PN結(jié)正向壓降與溫度關(guān)系數(shù)據(jù)V-T，在計算出各溫度的正向壓降與0度時的正向壓降的差值的關(guān)系△V-T，作圖，計算出PN結(jié)正向壓降與溫度的具體函數(shù)關(guān)系。

4.電壓型傳感器部分：由于該部分使用的是已經(jīng)完成線性化處理的傳感器，因此無論是硬件還是軟件設計都比較簡單。

硬件電路直接將變送器的輸出接入AD,軟件部分根據(jù)線性關(guān)系直接計算得到T值送入嵌入式端。具體數(shù)值運算為：濕度部分（CH4）：RH=V*5000/4095*100/5000*10（然后乘以10的目的是為了精度要求，規(guī)定濕度部分保留一位小數(shù)）；溫度部分：T＝V*70/5000*100-10*100（乘以100的目的是為了精度要求，規(guī)定溫度部分保留二位小數(shù)）。