【正文】 。 通過 R8的取壓，在放大器 U1A 的正輸入端產生對應的電壓。當 R18=R19， R20=R21時，兩級的總增益為兩個差模增益的乘積，即： )(*))R(R)2RRR((A v d 182115W31415W3 RR???? （ ） 代入 電阻的阻值，可得 302 WRAvd ??? （ ） 式中的 RW3為接入電阻。這樣對于 U1A 和 U2A 的漂移要求就會降低。這個因素不僅與實際的共模輸入有關，而且也與 U1A 和 U2A 的失配電壓和漂移有關。 U1A、 U2A提高了差模信號與共模信號之比，即提高了信噪比 。第 II 級主要由 U3A 等器件組成，采用差動電路用以提高共模抑制比。 1KR823647185U1A+1212R1410KR1920KR201KRW3R1510KRW1D1ALM3361KR9VCC1KR11R1310KRW223647185U2A10KR1820KR21J3CON1J4CON1J5CON1+12+121212R1723647185 U3ACH1_AD590+5+ 圖 AD590 放大電路 如圖 所示， AD590 的放大電路采用三運放差分放大電路。內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M五檔，其中 M檔精度最高，在 55℃ ～ +150℃ 范圍內， 非線性誤差為177。精度高。 AD590的測溫范圍為 55℃ ～ +150℃ 。 AD590 的外部形狀及管腳如圖 所示。 AD590 是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。 本設計采用軟件計算修正的方法來實現(xiàn)熱電偶的冷端溫度補償。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 4． 軟件計算修正法：在實際應用中，熱電偶的參比端往往不是 0℃，而是環(huán)境溫度T1，這時測量出的回路熱電 勢比實際溫度對應的熱電勢要偏小，因此必須加上環(huán)境溫度T1 與冰點 T0 之間溫差所產生的熱電勢后才能符合熱電偶的分度表的要求。 3． 冷端補償電橋法：這種方法是利用直流不平衡 電橋 產生的電勢來補償熱電偶冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化值。 2． 熱電偶冷端溫度恒溫法：這種方法就是通過一定的方法把熱電偶的 冷端 溫度保持在恒定的溫度，一般為 0℃。 這就是熱電偶的冷端處理和補償 [5]。 熱電偶的冷端溫度補償 熱電偶的冷端溫度補償方法 由熱電偶測溫公式可知，熱電偶的熱電勢大小不僅和熱端溫度有關，還和冷端溫度有關，只有當冷端溫度恒定的時， 才能通過測量熱電勢的大小得到熱端溫度。由圖可求出放大電路的放大倍數(shù) 30010*5 ?? WRH （ ） 式中 RW5為接入電阻，單位為 kΩ。 RW4 電位器用于零位調節(jié)。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 熱 電 勢/ m v051 51 0溫 度 / ℃1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 02 01 6 . 3 9 54 8 8 圖 K 型 熱電偶溫度 輸出熱電勢關系圖 放大電路如圖 所示： 圖 K 熱電偶放大電路 如圖所示， INP+接熱電偶 的正極， INP接熱電偶的負極， R22 起上拉電阻的作用，內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 電容起到濾波抗干擾的作用。 由表 和圖 可知，K 型熱電偶輸出的是毫伏電壓信號，而單片機采樣接收的是標準的電壓信號，所以必須把毫伏電壓信號放大成 0~5V的標準電壓信號。 熱電偶的選擇及其放大電路 本設計選用 K 型熱電偶作為測溫元件。能用于氧化性和惰性氣 氛中。其使用溫度 0～ 1300℃。 S、 B、 E、 K、 R、 J、T 七種標準化熱電偶為我國統(tǒng)一設計型 標準 熱電偶 [5]。所謂標準熱電偶是指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系 、 允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。這樣，在 A， B 接觸處形成一定的電位差，這就是接觸電勢（也叫帕爾帖電勢），其大小可表示為 BAAB NNekTTe ln)( ? （ ） 式中， )(TeAB 為電極 A 和電極 B 在溫度為 T 時的接觸電勢； k 為玻耳茲曼常數(shù)； T為接觸面的絕對溫度； e 為單位電荷量 ； AN 、 BN 分別為金屬電極 A 和 B 的自由電子密度。 ABE A B ( T , T 0 )T T 0 圖 熱電偶原理圖 由于不同的金屬材料內部的自由電子密度不相同，當兩 種金屬材料 A 和 B 接觸時，自由電子就要從密度大的金屬材料擴散到密度小的金屬材料中去，從而產生自由電子的擴散現(xiàn)象，如圖 所示。其主要優(yōu)點是測溫范圍廣，精度高、性能穩(wěn)定、結構簡單、動態(tài)性能好，把溫度轉換為電勢信號便于處理和遠距離傳輸 [5]。 熱電偶及其放大電路 熱電偶測溫原理 熱電偶傳感器是一種將溫度變化轉換為電勢變化的傳感器。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 溫度傳感器節(jié)點 本節(jié)點通過兩 個 傳感器采集溫度信號， 并通過放大電路放大信號 ，經(jīng) A/D 轉換送到單片機中進行處理后送顯示 ； 每隔一定時間把采樣 數(shù)字信號 經(jīng) CAN 總線 通信，在 上位機 顯示 ；通過鍵盤可以更改上、下限報警值和熱電偶線性化的折點坐標。 在 CAN 總線中，系統(tǒng) 通過 CANRS232 轉接接口把數(shù)據(jù)傳輸給上位機。 在 2 個 下位機傳感器 節(jié)點上，單片機 89C52 都接看門狗 復位電路 、 鍵盤和數(shù)碼管等附屬 電路。 圖 基于 CAN 總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 結構框圖 壓力傳感器節(jié)點設計。 AD590內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 采集到的溫度既作為一路采集溫度在上位機上顯示，又作為 K 熱電偶的冷端補償溫度。 溫度傳感器節(jié)點設計。 本設計主要負責下位機 傳感器 節(jié)點的設計。 系統(tǒng)框圖在 CAN 總線上掛接兩路傳感器節(jié)點和一路監(jiān)測節(jié)點。 系統(tǒng)設計方案 由于 CAN 總線具有上述優(yōu)點，所以本設計采用基于 CAN 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 CAN 卓越的特性、極高的可靠性和獨特 的設計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。在網(wǎng)絡負載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓的情況。 CAN 總線采用多主競爭的工作方式和非破壞性總線仲裁技術，總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。 采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡內的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標識碼由 11 位或 29位二進制數(shù)組成 。 CAN總線通信接口中集成了 CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù) 的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等 工作 [4]。通信速率可達 1MBPS。 現(xiàn)場總線的種類主要有：基金會現(xiàn)場總線 FF、 ProfiBus 總線 、 WorldFIP 總線 、ControlNet 總線 、 CAN總線等 。 現(xiàn)場總線技術將各種智能芯片置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自具有數(shù)字計算和通信能力，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成的網(wǎng)絡系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微型計算機化測量控制設備之間以及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān) 控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線是用于過程控制 中 現(xiàn)場儀表與控制室之間的一個標準的、開放的、雙向的內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 多站數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著工業(yè)控制技術的不斷發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)正向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化和開放化的方向發(fā)展，模擬傳輸 漸 漸被數(shù)字傳輸所取代。 而 現(xiàn)場總線 由于 在通信能力、可靠性、實時性、靈活性、易用性、傳輸距離遠、成本低等方面有著明顯的優(yōu)勢， 在工業(yè)中應用越來越廣泛，逐漸取代了 RS485 總線。 由于數(shù)據(jù)要進行遠距離的傳輸，所以 遠距離的數(shù)據(jù) 傳輸 是一個必須考慮的 問題 。 數(shù)據(jù)的采集可以選用 FPGA、單片機、 FPGA 與單片機結合的方法來實現(xiàn)，但是相對于單片機而言， FPGA 造價高，在一般的工業(yè)控制場合，單片機具有價格便宜，功能齊全等優(yōu)點，單片機就已經(jīng)能夠達到 本 設計的要求。 由于傳感器 輸出的信號一般是毫伏電壓或 毫安電流信號，而工業(yè)標準的電壓和電流信號是 0~5V 和 4~20mV，所以必須把傳感器輸出的信號放大成 0~5 伏的標準電壓信號或 4~20mV 的 標 準電流信號，以便 信號的傳輸和 做 進一步處理。 方案的選擇 數(shù)據(jù)采集分析 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 本文設計了 一個遠程數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集是保證設備正常運行的第一步，數(shù)據(jù)的準確快速采集就顯得尤為重要。計算機控制技術已經(jīng)成為 工業(yè) 技術中最重要的核心技術 [2]。單片機作為內嵌式控制器構成了各種智能測試系統(tǒng)或智能儀表，實現(xiàn)了計算機控制的底層化；可編程控制器作為 各種工 控 機的主控模塊，實現(xiàn)了計算機控制的單機化；而以工業(yè)控制計算機作為上位機，以單片機、可編程控制器作為下位機的分布式控制系統(tǒng)則實現(xiàn)了計算機控制的網(wǎng)絡化。 AT89C52 MCU 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract....................................................................................................................................... II 第一章 基于 CAN 總線的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體方案 .................................................... 1 研究背景 ..................................................................................................................... 1 方案的選擇 ................................................................................................................. 1 數(shù)據(jù)采集分析 ................................................................................................... 1 現(xiàn)場總線概述 .................................................................................................. 2 CAN 總線 .......................................................................................................... 3 系統(tǒng)設計方案 .............................................................................................................. 4 第二章 溫度傳感器節(jié)點 ........................................................................................................ 7 熱電偶及其放大電路 ................................................................................................. 7 熱電偶測溫原理 ........................................................................................