基于Cortex-M3的微控制器熱電偶測量系統(tǒng)

　　RTD溫度是運(yùn)用查找表計(jì)算出來的，并且對(duì)RTD的運(yùn)用方式與對(duì)熱電偶一樣。注意，描述RTD溫度與電阻關(guān)系的多項(xiàng)式與描述熱電偶的多項(xiàng)式不同。

　　有關(guān)線性化和實(shí)現(xiàn)RTD最佳性能的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考應(yīng)用筆記AN-0970“利用ADuC706x微控制器實(shí)現(xiàn)RTD接口和線性化”.

　　代碼的溫度至電流輸出部分

　　測得最終溫度后，將DAC輸出電壓設(shè)置為適當(dāng)?shù)闹?，以便在RLOOP上產(chǎn)生所需的電流。輸入溫度范圍應(yīng)該是？200°C至+350°C.代碼針對(duì)？200°C和+350°C設(shè)置的輸出電流分別是4 mA和20 mA.代碼實(shí)施的是閉環(huán)方案，如圖7所示，其中AIN9上的反饋電壓通過ADC0測量，然后此值用于補(bǔ)償DAC輸出設(shè)置。FineTuneDAC（void）函數(shù)執(zhí)行此項(xiàng)校正。

　　為獲得最佳結(jié)果，應(yīng)在開始該電路的性能測試前校準(zhǔn)DAC.

　　圖7. 閉環(huán)控制4 mA至20 mA的DAC輸出

　　出于調(diào)試目的，以下字符串會(huì)在正常工作期間發(fā)送至UART（見圖8）。

　　圖8. 用于調(diào)試的UART字符串

　　常見變化

　　對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)UART至RS-232接口，可以用ADM3202等器件代替FT232R收發(fā)器，前者需采用3 V電源供電。對(duì)于更寬的溫度范圍，可以使用不同的熱電偶，例如J型熱電偶。為使冷結(jié)補(bǔ)償誤差最小，可以讓一個(gè)熱敏電阻與實(shí)際的冷結(jié)接觸，而不是將其放在PCB上。

　　針對(duì)冷結(jié)溫度測量，可以用一個(gè)外部數(shù)字溫度傳感器來代替RTD和外部基準(zhǔn)電阻。例如，ADT7410可以通過I2C接口連接到ADuCM360.

　　有關(guān)冷結(jié)補(bǔ)償?shù)母嘣斍?，?qǐng)參考ADI公司的《傳感器信號(hào)調(diào)理》第7章“溫度傳感器”.

　　如果USB連接器與本電路之間需要隔離，則必須增加ADuM3160/ADuM4160隔離器件。

　　電路評(píng)估與測試

　　電流輸出測量

　　DAC和外部電壓電流轉(zhuǎn)換器電路性能測試全都一起完成。

　　一個(gè)電流表與VLOOP+連接串聯(lián)，如圖1所示。所用的電流表為HP 34401A.執(zhí)行初始校準(zhǔn)和使用VDAC輸出的閉環(huán)控制時(shí)的電路性能導(dǎo)致DAC輸出電路報(bào)告的溫度值為0.5°C.借助24位ADC,DAC和外部晶體管電路的非線性誤差可以調(diào)零。因?yàn)闇囟仁且粋€(gè)變化較慢的輸入?yún)?shù)，所以此閉環(huán)方案非常適合這種應(yīng)用。圖9顯示了未采用閉環(huán)控制（ADC0沒有用于補(bǔ)償DAC輸出）時(shí)的理想DAC輸出（藍(lán)色）和實(shí)際DAC輸出。未采用閉環(huán)控制時(shí)的誤差可能會(huì)大于10°C.

　　圖9. 溫度（°C）與輸出電流（mA）的關(guān)系（藍(lán)色 = 理想值，開環(huán)操作：未補(bǔ)償DAC輸出）

　　圖10顯示了按推薦方式采用閉環(huán)控制時(shí)的相同信息。誤差非常微小，與理想值相差不到0.5°C.

　　圖10. 溫度（°C）與輸出電流（mA）的關(guān)系（藍(lán)色 = 理想值，閉環(huán)操作：通過ADC0測量補(bǔ)償DAC輸出）

　　熱電偶測量測試

　　基本測試設(shè)置如圖11所示。熱電偶連接至J2.

　　使用兩種方法來評(píng)估本電路的性能。首先使用連接到電路板的熱電偶來測量冰桶的溫度，然后測量沸水的溫度。使用Wavetek 4808多功能校準(zhǔn)儀來充分評(píng)估誤差，如圖11所示。這種模式下，校準(zhǔn)儀代替熱電偶作為電壓源。為了評(píng)估T型熱電偶的整個(gè)范圍，利用校準(zhǔn)儀設(shè)置T型熱電偶？200°C至+350°C的正負(fù)溫度范圍之間52個(gè)點(diǎn)的等效熱電偶電壓（T型熱電偶請(qǐng)參見ISE, Inc.的ITS-90表）。圖6顯示了測試結(jié)果。

　　圖11. 用于在整個(gè)熱電偶輸出電壓范圍內(nèi)校準(zhǔn)和測試電路的設(shè)置

　　RTD測量測試

　　為了評(píng)估RTD電路和線性化源代碼，以精確的可調(diào)電阻源代替了電路板上的RTD.所用的儀器是1433-Z十進(jìn)制電阻。RTD值的范圍是90 Ω至140 Ω，代表？25°C至+114°C的RTD溫度范圍。

　　圖12顯示了RTD測量的測試設(shè)置電路，圖13則顯示了RTD測試的誤差結(jié)果。

　　圖 12. RTD誤差測量的測試設(shè)置

　　圖13. 使用分段線性代碼和ADC0測量結(jié)果進(jìn)行RTD測量時(shí)的°C誤差

　　電流測量測試

　　正常工作時(shí)，整個(gè)電路的功耗通常為2.25 mA.保持在復(fù)位狀態(tài)時(shí)，整個(gè)電路的功耗不到600 μA.