【導讀】在某些特殊的生產(chǎn)場合，溫度參數(shù)測量和控制的精度直接影響后。本文介紹一種基于RS485現(xiàn)場總線的溫度采集模塊的設計方法。熱電阻隨溫度的變。到的數(shù)字信號按照順序分別送入單片機，單片機通過RS485現(xiàn)場總線實現(xiàn)與PC機的掛接。單片機通過現(xiàn)場總線能夠把溫度值以MODBUS協(xié)議的形式發(fā)送給PC機，實。現(xiàn)了工控計算機的現(xiàn)場總線集中管理。

　　

【正文】 Protel DXP 運行在優(yōu)化的設計瀏覽器平臺上，并且具備當今所有先進的 設計特點，能夠處理各種復雜的 PCB設計過程。通過設計輸入仿真、 PCB 繪制編輯、拓撲自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術(shù)融合， Protel DXP 提供了全面的設計解決方案。 Protel DXP 2021 已不是單純的 PCB（印制電路板）設計工具，而是由多個模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是 SCH（原理圖）設計、 SCH（原理圖）仿真、 PCB（印制電路板）設計、 Auto Router（自動布線器）和 FPGA設計等，覆蓋了以 PCB為核心的整個物理設計。該軟件將項目管理方式、原理圖和 PCB圖的雙向同步技術(shù)、多通道設計 、拓樸自動布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設計提供了強大的支持。 與較早的版本 —— Protel99 相比， Protel DXP 2021 不僅在外觀上顯得更加豪華、人性化，而且極大地強化了電路設計的同步化，同時整合了 VHDL 和 FPGA設計系統(tǒng)，其功能大大加強了。 Protel DXP 2021 新特點： 1. 整合式的元件與元件庫 在 Protel DXP 2021 中采用整合式的元件 ,在一個元件里連結(jié)了元件符號 (Symbol)、元件包裝 (Footprint)、 SPICE 元件模型 (電路仿真所使 用的 )、 SI元件模型 (電路板信號分析所使用的 )。 2. 版本控制 可直接由 Protel 設計管理器轉(zhuǎn)換到其他設計系統(tǒng)，這樣設計者可方便地將 Protel DXP 2021 中的設計與其他軟件共享。如可以輸入和輸出 DXP、 DWG格式文件，實現(xiàn)和 Auto CAD 等軟件的數(shù)據(jù)交換，也可以輸出格式為 Hyperlynx 的文件，用于板級信號仿真。 3. 多重組態(tài)的設計 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 21 Protel DXP 2021 支持單一設計多重組態(tài)。對于同一個設計文件可指定要使用其中的某些元件或不使用其中的某些元件，然后產(chǎn)生網(wǎng)絡表等文件。 4. 新的文件管理模式 Protel DXP 2021 提供三種文件管理模式?？蓪⒏魑募嫒肴雴我粩?shù)據(jù)庫文件，即Protel 99SE 的 ddb，也可以存為 Windows 文件，即一般的分離文件，而不需要數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (ODBC)，就可以存取該文件，此外新增了一個混合模式，也就是在數(shù)據(jù)庫外存為獨立的 Windows 文件。 5. 多屏幕顯示模式 對于同一個文件，設計者可打開多個窗口在不同的屏幕上顯示。 6. 可定義電路板設計規(guī)則 在原理圖設計時，定義電路板設計規(guī)則是非常實際的。雖在先前版本的 Schematic中就已提供定義電路板的功能，可是都沒有實際的作用。而在 Protel DXP 中落實了這項功能，讓用戶能在畫電路圖時就定義設計規(guī)則。 7. 設計者可定義元件與參數(shù) Protel DXP 2021 提供了無限制的設計者定義元件及元件引腳參數(shù)，所定義的參數(shù)能存入元件及原理圖里。 8. 尺寸線工具 Protel DXP 2021 提供了一組超強的畫尺寸線工具，在移動時會自動修正尺寸，這對于 PCB 中一些層的定義有很大的幫助。 9. 改善加強板層分割功能 Protel DXP 2021 提供了加強的板層分割功能，對于板層的分割自動以不同顏色來表示，讓設計者更容易辨別與管理。 10. 加強繪圖功能 Protel DXP 2021 增強了波形窗口的繪圖功能，例如放置標題欄、標記畫線等，同時Windows 的編輯功能在此也可以應用。 11. 直接在電路板里分析 設計者可以直接在 PCB 編輯器里進行信號分析，這樣信號分析更加方便。 12. 強化模型整合 在 Protel DXP 2021 中提供了高速整合的元件，元件包括信號分析的模型（ SI Model），設計者不必再為元件問題而煩 惱了。 Protel DXP 工作界面如圖 51。繪制電路圖如圖 5圖 5圖 5圖 54。 基于現(xiàn)場總線的溫度采集器的設計 22 圖 51 工作界面 圖 52 基于現(xiàn)場總線的溫度采集模塊總體電路圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 23 圖 53 光電隔離電路 圖 54 RS485 通信電路 基于現(xiàn)場總線的溫度采集器的設計 24 圖 55 溫度信號采集電路 仿真工具 Multisim9 Multisim9 概述 Multisim 被美國 NI 公司收購以后，其性能得到了極大的提升。最大的改變就是：Multisim9 與 LABVIEW 8 的完美結(jié)合： 新特點： （ 1）可以根據(jù)自己的需求制造出真正屬 于自己的儀器； （ 2）所有的虛擬信號都可以通過計算機輸出到實際的硬件電路上； （ 3）所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果都可以輸回到計算機中進行處理和分析。 Multisim9 組成： 1． ――― 構(gòu)建仿真電路 2． ――― 仿真電路環(huán)境 3． multi mcu 單片機仿真 4． ――FPGA 、 PLD， CPLD 等仿真 5． ――FPGA 、 PLD， CPLD 等仿真 6． ―― 通信系統(tǒng)分析與設計的模塊 7． ―― PCB 設計模塊：直觀 、層板 32 層、快速自動布線、強制向量和密度直方圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 25 8． －（自動布線模塊） 仿真的內(nèi)容： 1． 器件建模及仿真； 2． 電路的構(gòu)建及仿真； 3． 系統(tǒng)的組成及仿真； 4． 儀表儀器原理及制造仿真。 器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件： 模擬器件（二極管，三極管，功率管等）； 數(shù)字器件（ 74 系列， COMS 系列， PLD， CPLD 等）； FPGA 器件。 電路的構(gòu)建及仿真：單元電路、功能電路、單片機硬件電路的構(gòu)建及相應軟件調(diào)試的仿真。 系統(tǒng)的組成及仿真： Commsim 是一個理想的通信系統(tǒng)的教學軟件。它很適用于如 ?信號與系統(tǒng) ?、 ?通信 ?、 ?網(wǎng)絡 ?等課程，難度適合從一般介紹到高級。使學生學的更快并且掌握的更多。 Commsim含有 200 多個通用通信和數(shù)學模塊，包含工業(yè)中的大部分編碼器，調(diào)制器，濾波器，信號源，信道等， Commsim 中的模塊和通常通信技術(shù)中的很一致，這可以確保你的學生學會當今所有最重要的通信技術(shù)。 要觀察仿真的結(jié)果，你可以有多種選擇：時域，頻域， XY 圖，對數(shù)坐標，比特誤碼率，眼圖和功率譜。 儀表儀器的原理及制造仿真：可以任意制造出屬于自己的虛 擬儀器、儀表，并在計算機仿真環(huán)境和實際環(huán)境中進行使用。 PCB 的設計及制作：產(chǎn)品級版圖的設計及制作。 Multisim9 工作界面如圖 56，仿真電路如圖 57 所示。 基于現(xiàn)場總線的溫度采集器的設計 26 圖 56 multisim9 工作界面 圖 57 恒流源仿真電路 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 27 第 6 章 結(jié) 論 本文在對當前溫度采集系統(tǒng)現(xiàn)狀分析的基礎上，結(jié)合當前采集技術(shù)發(fā)展的趨勢，設計出能夠 支持 MODBUS 協(xié)議的 RS485 現(xiàn)場總線通信 的熱阻型溫度采集模塊，它是以C8051F410 單片機系統(tǒng)為基礎的，通過對熱電阻隨 溫度的變化而得到的模擬信號進行采集， C8051F410 單片機內(nèi)部多路模擬開關(guān)實現(xiàn)多路模擬信號的采集，并把采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機進行處理。電阻值與溫度成非線性關(guān)系，而且實際電路參數(shù)均有非線性誤差，為了提高測量精度克服非線性誤差，采用二次插值算法計算溫度數(shù)值，從而達到了測溫分辨率 ℃，測溫精度 ℃的高精度溫度測量指標。單片機通過現(xiàn)場總線能夠把溫度值以 MODBUS 協(xié)議的形式發(fā)送給 PC 機，實現(xiàn)了工控計算機的現(xiàn)場總線集中管理。 當然，在本次設計中也有一些不盡如人意的地方，如在電路設計上可以進一步改進，以達到更高的性價比，這些都要在以后的工作中加以改進。 基于現(xiàn)場總線的溫度采集器的設計 28 參考文獻 [1] 張國雄 ,金篆芷 .測控電路 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021． [2] 江志道 ,魏佑生 ,范永暉 .現(xiàn)場總線及其對自動化儀表與系統(tǒng)的影響 [J].自動化與儀表 ,1997, (1):15. 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[14] Precision Analog to Digital Converter (ADC) and DigitaltoAnalog Converter (DAC) with 8051 Microcontroller and Flash Memory. 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 29 附錄 A PT100 鉑電阻的溫度和阻值對應 關(guān)系表 溫度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ℃ 電阻值（Ω） 30 20 10 0 100 0 100 102 10 104 20 30 115 40 50 120 122 60 70 131 80 90 136 100 141 110 146 120 130 154 140 150 159 160 162 165 170 168 180 190 174 200 177 180 210 183 220 230 190 240 250 260 基于現(xiàn)場總線的溫度采集器的設計 30 270 280 290 212 213 300 216 217 310 320 221 330 340 230 231 350 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書 31 附錄 B 總體電路原理圖 112233445566DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeBDate:202168Sheet of File:F:\2021信控學院學生畢業(yè)設計\..\溫度采集電路圖.SCHDOCDrawn By:VIO1/RST_C2CK2VRTC3XTAL44XTAL35GND6VDD7VREGIN8910111213141516PDAC017PDAC118P19P20PTXD21PRXD22PCNVSTR23P242526272829303132C8051F410U1VDDC2DC2CKVDDRESET4K7R9C2CKGND VDD 5V10uFC5104C2104C1+5VGNDTXDRXDAD_IN11 2 3 4 5JP2100KR10100KR1439KR61K R1139KR211KR22+55200KR12200KR1525R1_1R1_2R1_3100uFC38100uFC37GND GND C288143 21LM258APU1A75 6284LM258APU2B200KR23200KR710KR171KR24 GND200KR13200KR19C21VR1C396N137NC1A2K3NC4E5C6OPEN7VCC8U56N137NC1A2K3NC4E5C6OPEN7VCC8U6330R9330R1347KR847KR12+5 +5TXDRXDGND+5_GTXD_G+5_GRXD_GC1922GND470KR11GNDNPNQ147KR10+5RXD_GTXD_GGNDVCCA B GNDSP3485D3GND2ADJ1TOP133uFC61122334455667788991010****L2T1Z5 D9D6 33U9