本發明涉及溫度測量技術領域,具體地說是一種總線型溫度測量裝置。

背景技術：

總線型溫度測量主要用于測量管道液體溫度，現有的溫度傳感器中由于各種干擾，導致溫度測量轉換電路測量存在精度大大下降，線性擬合度低，溫度測量值波動大等問題。

技術實現要素：

為克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種靈敏度高、精度高的總線型溫度測量裝置

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種總線型溫度測量裝置，其特征是：包括電源模塊、溫度測量轉換模塊、控制模塊和總線通信模塊，所述電源模塊為裝置供電，所述溫度測量轉換模塊和總線通信模塊均連接所述控制模塊；

所述溫度測量模塊獲取溫度信號，將所述溫度信號輸出給控制模塊，所述控制模塊接收到所述溫度信號，將溫度信號輸出至通信模塊；

所述溫度測量模塊包括電壓基準電路、電壓跟隨電路、溫度傳感器U7和電壓放大電路，還包括溫度傳感器U7的電阻橋電路，所述電壓基準電路連接電壓跟隨電路的輸入端，溫度傳感器U7的電阻橋電路連接電壓放大電路的輸入端，所述電壓跟隨電路和電壓放大電路的輸出端連接所述控制模塊。

優選地，所述控制模塊包括單片機U3，所述電壓基準電路包括基準芯片U39，輸出2.5V的基準電壓，所述電壓跟隨電路包括運算放大器U4A，2.5V基準電壓接入運算放大器U4A的同相輸入端，所述電壓放大電路包括運算放大器U4B，運算放大器U4B的輸入端接溫度傳感器U7的電阻橋電路輸出端接單片機U3的ADC采集端，電阻橋電路還連接運算放大器U4A的輸出端，運算放大器U4A的輸出端連接單片機U3的ADC采集端。

優選地，所述電源模塊包括兩級電壓轉換電路，第一級電壓轉換電路將24V電壓轉換為5V電壓，第二級電壓轉換電路將5V電壓轉換為3.3V；

所述第一級電壓轉換電路包括穩壓芯片U44，所述第二級電壓轉換電路包括穩壓芯片U26，所述第一電壓轉換電路還包括自恢復保險絲F200，所述自恢復保險絲F200的一端連接24V電壓，另一端分別連接TVS管D28的一端和二極管D24的正極，二極管D24的負極分別連接電容C68、C73和C93的一端以及穩壓芯片U44的1管腳，穩壓芯片U44的4管腳分別連接電感L7、電容C121的一端并輸出5V電壓，2管腳分別連接二極管D41的負極和電感L7的另一端，所述TVS管、電容C68、C73、C93、C121的另一端均接地，所述穩壓芯片U44的3、5管腳接地，所述二極管D41的正極接地；所述第二電壓轉換電路的穩壓芯片U26的3管腳分別連接5V電壓和電容C122、C89、C90的一端，4管腳和2管腳相連，并分別連接電容C72、C91的一端，2管腳輸出3.3V電壓，電容C122、C89、C90、C72和C91的另一端均接地。

優選地，所述電壓基準電路還包括濾波電容C98、C102、C103，所述電壓跟隨電路還包括電阻R16、R17，所述溫度傳感器U7的電阻橋電路包括電阻R21、R22、R27和PT100，所述電壓放大電路還包括電阻R23、R25、R26和R30，所述溫度測量轉換電路還包括電阻R18、R24和電容C13～C15、C18；

所述基準芯片U39的1管腳分別連接電容C98的一端和3.3V電壓，電容C98的另一端接地，基準芯片U39的3管腳分別連接電容C102、C103的一端和地，2管腳分別連接電容C102、C103的另一端和電阻R17的一端，電阻R17的另一端接運算放大器U4A的同相輸入端，運算放大器U4A的反相輸入端分別連接電阻R16和電容C13的一端，輸出端分別連接電阻R16、電容C13的另一端和電阻R18的一端，電阻R18的另一端分別連接電容C15的一端和單片機U3的13管腳，電容C15的另一端接地，運算放大器U4A的4管腳接地，8管腳分別連接電容C14的一端和3.3V電壓，電容C14的另一端接地；

所述溫度傳感器電阻PT100的一端分別連接電阻R21、R23的一端，另一端分別連接電阻R27的一端和地，電阻R21的另一端分別連接電阻R22的另一端和運算放大器U4A的輸出端，電阻R22的另一端分別連接電阻R27的另一端和電阻R25的一端，電阻R23的另一端分別連接運算放大器U4B的同相輸入端和電阻R26的一端，電阻R26的另一端接地，電阻R25的另一端分別連接運算放大器U4B的同相輸入端和電阻R30的一端，運算放大器U4B的輸出端分別連接電阻R30的另一端和電阻R24的一端，電阻R24的另一端分別連接電容C18的一端和單片機U3的14管腳，電容C18的另一端接地。

優選地，所述單片機U3的型號是STM32F103C8T6，所述控制模塊還包括看門狗電路和晶振電路，所述看門狗電路包括復位芯片U33，型號為MAX6823，復位芯片U33的1、4管腳分別連接單片機U3的7、25管腳，復位芯片U33的5管腳分別連接3.3V電壓和電容C66的一端，2管腳接地，電容C66的另一端接地；所述晶振電路包括晶振Y1，所述晶振Y1的一端分別連接單片機U3的5管腳和電容C1的一端，晶振Y1的另一端分別連接單片機U3的6管腳和電容C2的一端，電容C1、C2的另一端均接地；

所述單片機U3的7管腳還分別連接電阻R11、電容C3的一端，電阻R11的另一端連接3.3V電源，電容C3的另一端接地，單片機U3的1、24、36、48、9管腳均接3.3V電壓，44、20管腳分別連接電阻R3、R5的一端，電阻R3、R5的另一端均接地，單片機U3的23、35、47、8管腳均接地。

優選地，所述總線通信模塊包括收發器U9，型號為SP3485，收發器U9的1、4管腳分別連接單片機U3的31、30管腳，收發器U9的2、4管腳相連并分別連接三極管Q2的集電極和電阻R100的一端，電阻R100的另一端連接3.3V電壓，三極管Q2的發射極接地，基極連接電阻R14的一端，電阻R14的另一端接單片機U3的30管腳，收發器U9的8管腳分別連接電容C21的一端和3.3V電壓，電容C21的另一端接地，收發器U9的7管腳分別連接電阻R31、R1和TVS管D3、D7的一端，電阻R31的另一端接地，收發器U9的6管腳分別連接電阻R32、TVS管D4的一端和TVS管D7的另一端，電阻R1的另一端通過單刀單擲開關U2與收發器的6管腳連接，電阻R32、TVS管D3、TVS管D4的另一端均接地，電阻R1的一端輸出信號給上位機，另一端通過單刀單擲開關U2輸出信號給上位機。

優選地，還包括顯示模塊，所述顯示模塊與控制模塊連接，顯示溫度值；所述顯示模塊包括四位數碼管U5，型號為DPY-4CA，所述四位數碼管由串并轉換芯片U6驅動，型號為74HC595。

本發明的有益效果是：本發明的電壓轉換電路采用兩級電壓轉換，能夠輸出較穩定的電壓；單片機U3同時采集兩個運算放大器U4A、U4B的輸出，能夠得到精確的溫度值，可以有效減少因運算放大器供電電壓波動、外部因素干擾等導致的ADC采集誤差，提高了ADC的采集精度和穩定性；看門狗電路能夠防止系統受干擾死機。

附圖說明

圖1是本發明一種實施例的結構示意圖；

圖2是本發明所述電源模塊的電路圖；

圖3是本發明所述溫度測量模塊的電路圖；

圖4A是本發明控制模塊的單片機U3的示意圖；

圖4B是本發明控制模塊所述晶振電路的電路圖；

圖4C是本發明控制模塊所述看門狗電路的電路圖；

圖5是本發明所述總線通信模塊的電路圖；

圖6是本發明另一種實施例的示意圖；

圖7是本發明所述顯示模塊的電路圖。

具體實施方式

為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過具體實施方式，并結合其附圖，對本發明進行詳細闡述。

如圖1所示，本發明的一種總線型溫度測量裝置，包括電源模塊、溫度測量轉換模塊、控制模塊和總線通信模塊，所述電源模塊為裝置供電，所述溫度測量轉換模塊和總線通信模塊均連接所述控制模塊；

所述溫度測量模塊獲取溫度信號，將所述溫度信號輸出給控制模塊，所述控制模塊接收到所述溫度信號，計算出相應的溫度值，將所述溫度值輸出至通信模塊；

所述溫度測量模塊包括電壓基準電路、電壓跟隨電路、溫度傳感器U7和電壓放大電路，還包括溫度傳感器U7的電阻橋電路，所述電壓基準電路連接電壓跟隨電路的輸入端，溫度傳感器U7的電阻橋電路連接電壓放大電路的輸入端，所述電壓跟隨電路和電壓放大電路的輸出端連接所述控制模塊。

如圖2所示，所述電源模塊包括兩級電壓轉換電路，第一級電壓轉換電路將24V電壓轉換為5V電壓，第二級電壓轉換電路將5V電壓轉換為3.3V；

所述第一級電壓轉換電路包括穩壓芯片U44，所述第二級電壓轉換電路包括穩壓芯片U26，所述第一電壓轉換電路還包括自恢復保險絲F200，所述自恢復保險絲F200的一端連接24V電壓，另一端分別連接TVS管D28的一端和二極管D24的正極，二極管D24的負極分別連接電容C68、C73和C93的一端以及穩壓芯片U44的1管腳，穩壓芯片U44的4管腳分別連接電感L7、電容C121的一端并輸出5V電壓，2管腳分別連接二極管D41的負極和電感L7的另一端，所述TVS管、電容C68、C73、C93、C121的另一端均接地，所述穩壓芯片U44的3、5管腳接地，所述二極管D41的正極接地；所述第二電壓轉換電路的穩壓芯片U26的3管腳分別連接5V電壓和電容C122、C89、C90的一端，4管腳和2管腳相連，并分別連接電容C72、C91的一端，2管腳輸出3.3V電壓，電容C122、C89、C90、C72和C91的另一端均接地。

優選地，所述穩壓芯片U44和U26的型號分別為LM2576-5和AMS1117-3.3，所述自恢復保險絲的規格為R60-090，二極管D24、D41分別為IN4007、SS43，TVS管為SMBJ43CA，電感L7為100mH，電容C73、C90、C91、C122的電容值分別為1μF、100nF、100nF、100nF，電解電容C68、C72、C89、C93、C121的規格分別為470μF、100μF/16V、100μF/16V、2200μF/35V、470μF/35V。

采用這種電源結構的原因是：穩壓芯片U44屬于DC-DC電源芯片，輸出的電壓會有比較大的紋波，不利于系統的穩定采集。而穩壓芯片U26屬于線性穩壓電源，電源轉化過程中產生的電壓波動比較小。將U44輸出的5V再經過U26轉換，就能輸出一個比較穩定的3.3V電壓，起到一定的濾波作用，完成電壓的平穩轉換。自恢復保險絲F200具有一定防過壓輸入的作用。二極管D24可以有效防止電源輸入反接。

如圖3和圖4A所示，所述溫度測量轉換模塊包括電壓基準電路、電壓跟隨電路、溫度傳感器U7和電壓放大電路，還包括溫度傳感器U7的電阻橋電路，所述電壓基準電路連接電壓跟隨電路的輸入端，溫度傳感器U7的電阻橋電路連接電壓放大電路的輸入端，所述電壓跟隨電路和電壓放大電路的輸出端連接單片機U3的ADC采集端。

所述電壓基準電路包括基準芯片U39，型號為REF3025，輸出2.5V的基準電壓，所述電壓跟隨電路包括運算放大器U4A，2.5V基準電壓接入運算放大器的同相輸入端，所述電壓放大電路包括運算放大器U4B，運算放大器U4B的輸入端接溫度傳感器U7的電阻橋電路輸出端接單片機U3的ADC采集端，電阻橋電路還連接運算放大器U4A的輸出端，運算放大器U4A的輸出端連接單片機U3的ADC采集端。

所述電壓基準電路還包括濾波電容C98、C102、C103，所述電壓跟隨電路還包括電阻R16、R17，所述溫度傳感器U7的電阻橋電路包括電阻R21、R22、R27和PT100，所述電壓放大電路還包括電阻R23、R25、R26和R30，所述溫度測量轉換電路還包括電阻R18、R24和電容C13～C15、C18；

所述基準芯片U39的1管腳分別連接電容C98的一端和3.3V電壓，電容C98的另一端接地，基準芯片U39的3管腳分別連接電容C102、C103的一端和地，2管腳分別連接電容C102、C103的另一端和電阻R17的一端，電阻R17的另一端接運算放大器U4A的同相輸入端，運算放大器U4A的反相輸入端分別連接電阻R16和電容C13的一端，輸出端分別連接電阻R16、電容C13的另一端和電阻R18的一端電阻R18的另一端分別連接電容C15的一端和單片機U3的13管腳，電容C15的另一端接地，運算放大器的4管腳接地，8管腳分別連接電容C14的一端和3.3V電壓，電容C14的另一端接地；

所述溫度傳感器電阻PT100的一端分別連接電阻R21、R23的一端，另一端分別連接電阻R27的一端和地，電阻R21的另一端分別連接電阻R22的另一端和運算放大器U4A的輸出端，電阻R22的另一端分別連接電阻R27的另一端和電阻R25的一端，電阻R23的另一端分別連接運算放大器U4B的同相輸入端和電阻R26的一端，電阻R26的另一端接地，電阻R25的另一端分別連接運算放大器U4B的同相輸入端和電阻R30的一端，運算放大器的輸出端分別連接電阻R30的另一端和電阻R24的一端，電阻R24的另一端分別連接電容C18的一端和單片機U3的14管腳，電容C18的另一端接地。

電路采用運算放大器U4A、U4B作為轉換核心，型號均為TLV2372。運算放大器U4A和電阻R17、R16組成的電壓跟隨電路，用于提高基準芯片U39輸出的2.5V電壓的驅動能力；運算放大器U4B和電阻R23、R25、R26、R30組成的電壓放大電路，將溫度傳感器U7的電阻橋電路輸出的小信號進行放大。兩個運算放大器輸出的電壓信號，同時連接到單片機U3。在實際使用時，往往有多種外界因素的干擾，例如電源供電電壓波動，會影響運算放大器的穩定性。本發明中，當電源電壓有波動時，兩個運算放大器U4A、U4B輸出值會有一定的波動，且二者波動干擾基本一致。當單片機U3同時采集兩個運算放大器的輸出，并做差分運算，可以得到無干擾的差分值，對差分值進行計算和查表得到比較精準的溫度值。因此本發明可以有效減少因為運算放大器供電電壓波動導致的ADC采集誤差，提高了ADC的采集精度和穩定性。

優選地，所述電阻R16～R18、R21～R27、R30的電阻值分別為1KΩ、1KΩ、100Ω、5.1KΩ、5.1KΩ、1KΩ、100Ω、1KΩ、50KΩ、50Ω、50KΩ，電容C13～C15、C18、C98、C102、C103的電容值分別為100nF、100nF、100nF、100nF、104nF、100nF、10μF，所述單片機U3型號為STM32F103C8T6。

如圖4B和圖4C所示，所述控制模塊還包括看門狗電路和晶振電路，所述看門狗電路包括復位芯片U33，型號為MAX6823，復位芯片U33的1、4管腳分別連接單片機U3的7、25管腳，復位芯片U33的5管腳分別連接3.3V電壓和電容C66的一端，2管腳接地，電容C66的另一端接地；所述晶振電路包括晶振Y1，所述晶振Y1的一端分別連接單片機U3的5管腳和電容C1的一端，晶振Y1的另一端分別連接單片機U3的6管腳和電容C2的一端，電容C1、C2的另一端均接地；

所述單片機U3的7管腳還分別連接電阻R11、電容C3的一端，電阻R11的另一端連接3.3V電源，電容C3的另一端接地，單片機U3的1、24、36、48、9管腳均接3.3V電壓，44、20管腳分別連接電阻R3、R5的一端，電阻R3、R5的另一端均接地，單片機U3的23、35、47、8管腳均接地。

優選地，所述電阻R3、R5、R11的電阻值均為10KΩ，電容C1～C3、C66的電容值分別為22pF、22pF、100nF、100nF，晶振Y1為8MHz。

所述開門狗電路，可以防止系統受干擾死機。

如圖5所示，所述總線通信模塊包括收發器U9，型號為SP3485，收發器U9的1、4管腳分別連接單片機U3的31、30管腳，收發器U9的2、4管腳相連并分別連接三極管Q2的集電極和電阻R100的一端，電阻R100的另一端連接3.3V電壓，三極管Q2的發射極接地，基極連接電阻R14的一端，電阻R14的另一端接單片機U3的30管腳，收發器U9的8管腳分別連接電容C21的一端和3.3V電壓，電容C21的另一端接地，收發器U9的7管腳分別連接電阻R31、R1和TVS管D3、D7的一端，電阻R31的另一端接地，收發器U9的6管腳分別連接電阻R32、TVS管D4的一端和TVS管D7的另一端，電阻R1的另一端通過單刀單擲開關U2與收發器的6管腳連接，電阻R32、TVS管D3、TVS管D4的另一端均接地，電阻R1的一端輸出信號給上位機，另一端通過單刀單擲開關U2輸出信號給上位機。

優選地，所述電阻R1、R14、R31、R32、R100的電阻值分別為120Ω、3.3KΩ、4.7KΩ、4.7KΩ、10KΩ，電容C21的值為100nF，三極管Q2為8050，TVS管D3、D4、D7均為SMBJ15CA。

如圖6-7所示，本發明另一種實施例的示意圖，裝置還包括顯示模塊，所述顯示模塊與控制模塊連接，顯示溫度值；所述顯示模塊包括四位數碼管U5，型號為DPY-4CA，所述四位數碼管由串并轉換芯片U6驅動，型號為74HC595。

所述串并轉換芯片U6的11、12、14管腳分別連接單片機U3的16、19、15管腳，U6的13管腳接地，10、16管腳均接3.3V電壓，8管腳接地，15和1～7管腳通過電阻RP1、RP2依次連接四位數碼顯示管U5的A～H管腳，四位數碼顯示管U5的1、4、5、12管腳分別依次連接三極管Q1、Q6、Q4、Q3的發射極，三極管Q1、Q6、Q4、Q3的基極分別依次連接電阻R12、R13、R14、R85的一端，電阻R12、R13、R14、R85的另一端分別連接單片機U3的18、22、17、21管腳，三極管Q1、Q6、Q4、Q3的集電極接3.3V電壓。

優選地，所述電阻RP1、RP2均為330Ω，電阻R12、R13、R14、R85的阻值均為1KΩ，三極管Q1、Q6、Q4、Q3均為NPN型三極管。

以上所述只是本發明的優選實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也被視為本發明的保護范圍。