基于PC104总线的多路温度测试系统设计

　　0　引言

　　随着计算机技术的飞速发展,嵌入式计算机的应用越来越广泛。PC104与IBM PC完全兼容。PC104凭借紧凑的外形、成熟的标准体系结构、专业设计专业生产带来的可靠性,将广大硬件工程师引入了一个更高的层次。设计者只需专心于系统设计、功能设计,不用为单片机、CPU及其外围器件之间复杂的接口关系花费大量的时间。随着PC104嵌入式系统的大量应用,越来越多的PC104总线式功能扩展模块被我们所采用。

　　本文讨论了基于PC104设计多路温度测试系统的设计方案,简要介绍了多路温度测试原理,进行了包括系统总体结构设计以及接口电路硬件和相应的软件设计。

　　1　测试原理

　　在多路温度测试系统设计中,我们采用测温电桥对温度进行测试,测温电桥的基本原理电路如图1所示。

　　图中利用电桥作为温度的测量电路,Rs为阻值与温度相关的热敏铂电阻,它的温度特性由式1描述。

　　Rs=R0(1+αT) (1)

　　式中,R0=100Ω,α=3·2×10-3K-1;T是所测温度(℃)。

　　测量电桥由直流稳压电源U1供电,U1=7.5V,热敏铂电阻Rs作为电桥的一个桥臂。R1,R2,R3为标准精密电阻,我们选取R1=R2=R3=100Ω。那么在0℃时,电桥处于平衡状态,则电桥对运算放大器的输出为0。当环境温度变化时,Rs将随环境温度变化而不等于R0,这时电桥失去平衡,对放大器有不平衡电压ΔE输出。电桥的输出电压由AD22055检测放大后输出,放大倍数设定为50。由于传感器输出为mV级,共模电压很大,所以传感器与检测电路之间加入放大器满足匹配与放大的需要。

　　由图1可得

　　将各电阻取值代入式(2),得

　　由于运算放大器放大倍数为50,所以U0=50ΔE,从而

　　ΔE经运算放大器放大输出后,可经过滤波、隔离处理后送往A/D模块进行采样,最后由PC104计算机处理求出U0。因为,UREF和α也为已知量,所以,可以通过式(5)得到温度T的值。

　　2　测试系统的组成

　　在系统组建过程中,我们选用PC104计算机系统作为搭建平台,所用的I/O板和A/D板也是PC104总线式模块,这使测试系统的设计更加方便,快捷。为了实现同时对多路温度参数的巡回测试,专门设计了基于I/O板控制的继电器矩阵,PC104计算机通过I/O板控制不同继电器的闭合与断开,选择不同的测温电桥提供输入检测信号。

　　系统结构如图2所示。计算机为PC104,主频100MHz;I/O板为DM6812,具有48位I/O口,其中24路(P1,P3,P5)只能作为输出使用,其他24路(P0,P2,P4)既可输入又可输出,还可以进行中断;A/D为模拟量/数字量转换器,型号为DM6420,为12位A/D,在0~500mV范围内其测量误差可以达到1mV以下;滤波电路采用无源双T网络,主要消除50Hz工频干扰。隔离放大器采用AD210,采用隔离后可将测量电压和计算机电源彻底分开,使计算机的数字系统更安全;同时可以滤除输入信号一定的干扰,提高测试精度。滤波、隔离电路原理图如图3所示。