基于CS5522的高精度温度测量系统设计

　　0引言

　　温度是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产中一个非常重要的参数。许多工业生产过程都是在一定温度范围内进行的，获取生产过程中的温度参数对于指导企业生产、提高产品质量具有重要的实际意义。因此，在很多工业领域，都需要对温度进行测量和控制。

　　通常，在工业现场使用的接触式测温传感器有热电阻、热敏电阻、热电偶等。根据工业现场的应用需求，本系统主要测量热电偶(T、E、K、B、S)、热电阻(Ptloo、Cu50、Cu100)以及温度变送器输出的电压(0~100mV、o~SV)、电流(0一20mA)信号，信号经采集模块滤波、放大、A/D转换后，将测量数据送单片机进行分析处理，单片机执行相应控制操作，并将测量结果以温度的形式显示在LED屏上。

　　设计的高精度、多通道温度采集系统以STC39C516RD+为控制核心，配合高精度、具有片内PGA的-△模数转化器CS5522[1-2]，实现对输人通道的增益可编程控制，简化了电路设计，软硬件相结合，实现信号智能测量、系统校准等自动处理功能，使系统具备智能化测量仪器的功能;采用MATLAB软件利用最小二乘法曲线拟合的方式，进行系统误差分析处理及热电偶、热电阻分度表分段拟合，消除了传感器非线性误差，提高了系统测量精度。系统测量精度可达士0.04℃。

　　1硬件设计

　　1.1温度侧，系统的硬件结构

　　系统硬件框图如图1所示。

　　整个系统由信号采集模块及微处理器控制系统组成。

　　信号采集模块主要完成对不同类型信号的采集，包括温度变送器输出的电压、电流信号，热电阻、热电偶输出的电压信号。低通滤波器用以实现模拟滤波，以消除重叠在模拟信号上的噪声;A/D转换器选用具有双差分输人通高精度模数转换器CS5522，它的精度可达24位、量化误差为士0.007%FS，偏移误差为士SLSB，且可以编程改变测量信号范围，大大提高了系统测量精度;同时，CS5522还包括自校准和系统校准功能，可消除器件本身或系统的增益和偏移误差，其串行通信方式也方便与微处理器相连，使整个数据采集模块只需外接少量元器件，就可以直接处理传感器输出的微弱信号[2]。此外，为了提高系统抗干扰能力，信号采集模块(模拟部分)与微处理器控制系统(数字部分)采用独立电源供电和光藕隔离设计，该设计能有效地防止输人端的干扰以点祸合的方式进人机微处理器控制系统，保证系统的可靠运行。

　　微处理器是整个控制系统的核心，主要完成对A/D转换的数字信号的分析处理、测试结果的存储、串口通信控制、键盘显示驱动控制等功能，该微处理器采用宏晶科技推出的STC名9C516RD+单片机作为主控芯片，该产品具有片内资源丰富、超强抗干扰、高抗静电、超低功耗、宽电压、不怕电源抖动、在系统可编程、加密性强、无法解密、可降低单片机时钟对外部电磁辐射等特点，其良好的性能保证了各个器件的协调可靠工作及控制要求。键盘显示部分采用专用键盘显示驱动芯片ZLG7289实现键盘、显示的控制，节约了单片机端口资源，大大减轻了系统硬件和软件的设计。外存储器选用基于SPI串行接口的E，PROMX5045，主要用于测量参数与测量值的存储。此外，系统带RS232异步通信接口，可实现与上位机的通信。