温度测量处理变送器设计

3、A/D电路

A/D电路主要由74LS157、ICL7135芯片组成，7135采用0.5V基准信号,模拟电压输入范围为0-1V。ICL7135采用动态扫描BCD码输出方式，即万、千、百、十、个各字位BCD码轮流出现在B8，B4，B2，B1端上出现，并在D5-D1各端同步出现字位选通脉冲。采集到的微弱信号经程控放大后，经过AD转换变成数字信号。使用了74LS157四2选1选择器，使"万"位数据输出和其它的三个标志信号（超量程、欠量程、极性输出）与BCD码数据输出的B8、B4、B2、B1共用C52的P0.0-P0.3四条I/O口线，分时传送是通过D5控制74LS157的选择端SEL实现。SEL输入低电平时选择1A-4A输出，输入高电平时选择1B-3B输出。因为"万"位数据只能输出0或1，是个半位。所以，正好和OR（过量程）、UR（欠量程）和POL（正负极性）三位构成四位数据输出，供单片机读取。与C52的硬件接口方式是查询方式，软件上利用对D5、D4、D3、D2、D1查询来实现"万"、"千"、"百"、"十"、"个"上的数据输出。

4、控制面板电路

该部分电路包括两部分：按键控制电路和显示电路。具体电路见图5。电路采用ZLG7289作为核心芯片,通过三个引脚与单片机连接，单片可完成动态显示扫描及按键查询，节约了单片机I/O口硬件资源及时间资源。实际电路中Zlg7289的选片/CS接地时钟线CLK接P2.7口数据线DIO接P2.6口键信号线KEY接P2.5口。



图5、控制面板的电路的原理图

zlg7289具有SPI串行接口功能的可同时驱动8位共阴极数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片，无须外围元件可直接驱动八位LED数码管并可同时连接多达64键盘的键盘矩阵，单片即可完成LED显示及按键的扩展。zlg7289内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式，此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。本系统用了两排4位数码管，数码管用的是动态显示的。根据zlg7289的要求，数码管选用共阴极的，Zlg7289的18脚"25脚接数码管的位驱动端，10脚"17脚接数码管的段驱动端，通过数据线和时钟线可以把要显示内容送入7289。本电路只设计了四个按键，当有键按下时，KEY引脚电平发生变化通知CPU通过数据线和时钟线读取键值。

5、报警电路及信号输出电路

报警有两种：上限报警和下限报警，两个报警继电器分别通过PNP驱动三极管接在单片机的P0.5和P0.7，低电平有效。软件设计当四路信号及平均值超过各自所定的上限时，继电器就发出报警，同时在控制面板的上排数码管的最后一位显示H字样；同样，当四路信号及平均值低于设定的下限时，继电器也报警，并在同一个位置显示L字样。

模拟输出部分的电路图如图6所示。单片机根据设定参数选择把温度平均值或温度最高那一测量点信号送到十位D/A芯片7520，配合LM741放大器得到电压输出；最后经再经过一个LM741构成的V/I转换电路，得到模拟电流4-20mA及1-5V电压形式输出。



图6输出电路原理图

6、开关电源电路

本变送器采用DDZ-Ⅲ型的电动单元组合仪表24V直流电源，这种供电方式的优点是各单元省掉了电源电压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，也为仪表的防爆提供了有利条件。由于内部需要±5V，所以该系统采用了DC/DC开关电源，生成5V和-5V电压。电源部分电路如图7。



图7、电源电路图

电源电路采用的MC34063是一种集成了DC-DC变换主要功能电路的芯片，它能被设计完成升（降）压和极性变换的功能，而且所需外接元件少。外输入24V电压，经过MC34063电压可以转换为+5V，而后，该电压又经过ICL7660变成-5V电压。24V电压可以同时供内部4-20mA输出电路使用。电路工作时5V最大电流0.4安培，-5v最大电流0.02安培。

三.软件设计及调试

软件设计主要有主程序，ICL7135A/D转换程序，BCD码转换程序，运算比较程序，读写24C02子程序，查表程序，功能键子程序等功能模块。主程序流程图如图8所示。



主程序主要包括两大分支，一个是编程状态，一个是运行状态。

单片机首先进行初始化，程序的初始状态设置为运行状态,除刚通电进入运行状态外，以后程序须判断状态标志位，根据判断结果程序进入编程或运行状态。在运行状态下无法对各参数进行编辑，只能从24C02读出各种运行工作参数，巡回测量输入信号，最后通过零点满度自校正处理,冷端补偿计算,查表处理得出各测量点温度值。在该状态下可通过←键选择显示测量、报警、故障信息等各种运行参数。在编辑参数的状态下系统不进行测量，刚进入编程状态时要求输入编程充许密码,在输入密码正确的前提下,可以通过←键选择各设定各参数,并可通过↑↓按键修改,存入24C02中,停止按键操作5分钟后不管是否按状态键均自动转入运行状态。

单片机在运行状态时，上面四位数码管显示回路号（最合二位显示报警及故障信息），下面四位数码管分别显示对应数据，可通过K4键来切换显示不同的回路及其参数。其中回路号1-4表示不同的四路信号，平均值在第五路显示。比较后其中最大的一路及四路平均值可以通过参数的设定选择以4-20mA形式变送输出。软件确定4051与AT89C52相连四路信号选择电平，选择的模入信号经程控4051和运放放大后，进入ICL7135进行A/D转换，由电压信号转化为BCD码（由万位到个位，五位地址输出）。利用转换子程序把BCD码转换为十六进制数，最后进行各种数据处理得出温度值,求出最大值及平均值，并进行报警及信号故障判别处理。