BM00201-40型多路温湿度变送器自动测量装置的研制

秉承“MEMS & MicSens”技术，淯源仪器近段时间一口气推出了BM00201-40型温湿度变送器巡检仪、BM00101-2便携式医用输液泵（注射泵）检测仪、BM00301-（32-96）PCR仪温度校准仪、BM00401-8全站仪自动检测仪四款小型仪器。这四款仪器已经在诸多私人计量检测公司得到应用。

BM00201-40型温湿度变送器巡检仪获得成都计量院等省、市计量院青睐，下面详细讲讲这款仪器的由来。

引言

温湿度变送器(以下简称变送器)广泛应用于工业生产、科学实验、检验检测、仓贮等作业环境的温湿度测量。其输出信号一般为(4～20)mA的直流信号或(0～l0)V的电压信号。变送器校准采用高精度温湿度校验箱或发生器作为温、湿度源，采用精密露点仪为标准器，校准时，首先需要对其施加24V直流电源，然后用高精度电压或电流表测量其信号值，再由人工计算和记录温湿度数据。一次只能测量一路信号，每次人工切换检测信号都要重新连接仪表。当被检变送器较多时，测量过程非常繁琐，加上大量的读数和计算过程，使校准工作效率低、成本高、劳动强度大。为此，研制一体化多路温湿度变送器测量装置。

1 系统工作原理

系统工作原理如图1所示。系统以ARM为核心。ARM控制变送器电源导通后，根据其输出信号类型自动将信号切换到相应的信号调理电路，模拟开关在ARM的控制下将信号输入A／D转换器，将模拟信号转换为数字信号，再通过无线模块上传至上位机处理。此外，ARM控制RS232和I2C接口分别与露点仪和EEPROM通信。上位机控制软件基于可视化编程软件Labview，实现数据的读取、计算、保存、显示，以及原始记录自动生成等功能。

2 硬件电路设计

硬件电路主要包括：信号调理电路、模拟开关、A／D转换器、ARM控制器、无线模块、EEPROM、电源模块等。

2．1 ARM控制器

ARM 控制器选用意法半导体公司生产的STM32F103C8，该处理器基于高性能的32位ARM Cortex—M3内核，频率达72MHz，内置64K FLASH 和20KSRAM。利用其丰富的接口实现对电源、信号类型切换、模拟开关、A／D转换器的控制，以及同露点仪、上位机的通信。

2．2 信号调理电路

变送器输出信号类型有电流和电压两种，为了将变送器信号调整到A／D转换器的输入范围，电压信号通过电阻分压，使其降到(0～5)V，电流信号通过取样电阻使其变为(1～5)V电压信号。调整后的信号再由电压跟随器输出至模拟开关。ARM通过控制继电器切换电流或电压调理电路，如图2所示。为了控制34路继电器开关，系统采用74HC595移位寄存器作为驱动器。该芯片具有8位锁存、8位串行输入、8位串／并行输出、串／并移位寄存器和三态输出等功能。8位并行输出端可分别控制8路继电器，因此，系统共需要5片74HC595。如图3所示，并行输出端Q0～Q7同三极管B极连接，当输出端为高电平时继电器吸合，此时电路为电压信号检测电路，反之为电流信号检测电路。串行数据输入端Ds接收ARM发出的串行数据，Q7一连接下级的Ds端，依次传递串行数据。

2．3 模拟开关

模拟开关具有体积小、速度快、功耗小、无抖动等特点，在多路信号采集系统中有广泛应用。本系统采用ADI公司的16选I CMOS模拟开关ADG706。该芯片导通电阻为2．5Q，开关时间40ns，大输入电压5．5V。34路变送器共有68通道信号，因此需要5片ADG706。系

统工作时，ARM控制模拟开关的地址选通端和输出使能端，输出需要检测的信号。

2．4 A／D转换器

采用TI公司生产的高性能A／D转换器ADS1256。其主要特点有：24位无数据丢失；非线性度：0．0010％ ；高达23比特的无噪声精度；数据采样率可达30ksps；带有模拟多路开关(MUX)；可配置为8路单极输入或4路差动输入；具有自校准和系统校准；带有串行外设接口

(SPI)等。ADS1256提供了8路模拟输入端，可使用模拟多路开关(MUX)寄存器来将其配置为四路差动输入、八路单极输入或差动输入和单极输入的组合。系统采用5路单极输入i贝0量，将AIN0～AIN4作为单极输入端，AINCOM作为公共输人端。而未用的模拟输入引脚悬空，这样有

利于减小输人泄漏电流。ADS1256的主时钟由一个7．68MHz外部晶振提供。在模拟电源和数字电源的输入端并联一个小的陶瓷电容和一个大的钽电容。ADS1256外围电路如图4所示。

2．5 变送器电源控制

变送器电源一般为12～24VDC，要求每路电源独立可控且文波小于1％ 。因此，需要设计34路24V电源。24V电源由外接的开关电源提供，以34路达林顿管作为每路电源的开关。ARM控制达林顿管就可控制变送器电源。为减少干扰，输出电压经过LC滤波。为防止短路等情况，每路电源增加可恢复保险丝。变送器控制电源电路如图5所示。

2．6 无线模块

采用深圳市安美通科技有限公司生产的APC320无线数据传输模块。它嵌入了高速低功耗单片机和高性能射频芯片SI4463，创新的采用高效的循环交织纠错编码，抗干扰能力和灵敏度都大大提高。APC320模块工作电压为2．1～3．6V，在接收状态下电流仅15mA。

2．7 EEPROM

EEPROM用于存储自动校准数据。采用ATMEL公司生产的AT24C512。该存储器特点：64KB容量，I2C串行总线，16 位地址，100000 次编程／擦写周期。AT24C512外围电路如图所示：A0一A2接地设置存储器地址为0，WP接地设置为可读写，SCL和SDA接上拉电阻。外围电路如图6所示。

3 上位机设计

上位机控制软件基于Labview和Access2007数据库开发，实现系统管理与控制、变送器数据采集、显示、运算处理、存储、数据查询和自动生成word测试报告等功能。

4 结论

经测试，本装置电压测量范围：0—10V；分辨率：0．1mV；大允许误差：0．05％ ；电流测量范围：0～20mA；分辨率：0．1uA；大允许误差：0．05％。可同时满足34台变送器即64路电信号的自动测量。具有操作简单、效率高、成本低、智能化程度高等特点，非常适合多台温湿度变送器校准工作。

参考文献

[1]康赫男．温湿度变送器输出参数的校准方法[J]．计量与测试技术，2011(08)．

[2]梅荣．基于单片机的温湿度检测与控制系统研究[J]．农机化研究，2012(01)．

[3]彭刚，春志强．基于ARM Cortex—M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践[M]．北京：电子工业出版社，2011．

作者简介：曾博才，男，工程师，硕士。工作单位：四川淯源仪器有限公司。