本實用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
目前,工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、航天和軌道交通等許多領(lǐng)域都離不開溫度的測量,溫度成為了各領(lǐng)域一個重要而普遍的測量參數(shù),溫度的測量和控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的作用。在軌道交通中,主要用Pt100溫度傳感器檢測動車組中的齒輪箱溫度,從而反應(yīng)齒輪的運轉(zhuǎn)情況。Pt100溫度傳感器能夠測量-200℃~+850℃,還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點,其檢測到溫度的準確性和傳感器本身的穩(wěn)定性直接影響軌道車輛的運行情況,對乘客的人身安全有著重要的影響。因此,針對軌道車輛Pt100溫度傳感器進行抗溫性能的測試具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本實用新型的目的是通過觀察在設(shè)定極低或極高的溫度條件下,Pt100溫度傳感器是否能正確檢測到此溫度,從而反映出Pt100抗溫性能的檢測軌道車輛Pt100溫度傳感器抗溫性能控制系統(tǒng)。
本實用新型是由Pt100溫度傳感器和溫度采集模塊、主控模塊、顯示模塊、串口模塊組成;
主控模塊電路采用STM32F103RBT6芯片:主控模塊U1的30腳連接有S1、C1、R1組成的復位電路,BT1、D1、D2、Y1組成掉電保護電路,主控模塊U1的1、2腳接R2、Y2、C2、C3組成的振蕩電路,主控模塊U1的4、5腳接C4、C5、L1組成的濾波電路,主控模塊U1的6、7引腳與C6相連接組成去耦電路,主控模塊U1的22、23引腳與C7相連接組成去耦電路,主控模塊U1的20、21引腳與C8相連接組成去耦電路,主控模塊U1的19、20引腳與C9相連接組成去耦電路,主控模塊U1的24、27引腳與R3、R4和BOOT相連接用于選擇STM32的三種不同啟動方式,發(fā)光二極管LED1和LED2以及限流電阻R29、R30組成用來指示串口數(shù)據(jù)收發(fā)并連接在主控模塊U1的28、29腳;
溫度采集模塊:溫度采集電路由Pt100溫度傳感器和運算放大電路組成,其中運算放大電路采用低功耗集成運算放大器TL062,為了防止單級放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差,放大電路采用兩級放大:運算放大電路連接有Pt100溫度傳感器、差分電容C10、C13,運算放大模塊連接有U2B運算放大器,其中U2B的引腳5與分壓電阻R5、R6連接,U2B的引腳6、引腳7與差分電容C11連接,同時U2B的引腳6、引腳7之間還連接有分壓電阻R7、R8、R9、R10,U2B運算放大器還連接有分壓電阻R13和調(diào)零電阻R14構(gòu)成前級放大電路;運算放大電路連接有U2A運算放大器,其中U2A的引腳3連接有分壓電阻R11、R12和差分電容C14,U2A的引腳2連接有分壓電阻R14,U2A的引腳1與引腳2之間連接有差分電容C12和電阻R15,U2A的引腳1連接有電阻R16引出A/D引腳,A/D引腳與主控模塊U1的引腳17相連接;
顯示模塊:顯示模塊連接有四位一體數(shù)碼管,顯示模塊連接有三極管Q1、Q2、Q3、Q4,用于增大驅(qū)動電流來驅(qū)動四位一體數(shù)碼管,四位一體數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g引腳分別連接有限流電阻R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24,限流電阻的另一端連接到7447譯碼模塊U3的引腳14、13、12、11、10、9、8,譯碼模塊U3的引腳1、2、3、4分別與主控模塊U1的引腳8、9、10、11相連接,上拉電阻R25、R26、R27、R28的一端分別于與三極管Q1、Q2、Q3、Q4的基極相連接,另一端分別與主控模塊U1的引腳12、13、14、15相連接;
串口模塊:串口模塊主要由U4 MAX232芯片及其外部電路組成,串口模塊連接有C15、C16、C17、C18與1、2、3、4、5、6引腳構(gòu)成電荷泵電路,7、8引腳作為上位機的收發(fā)引腳與J1的2、3引腳相連接,9、10引腳作為第二數(shù)據(jù)通道分別與主控模塊U1的28、29引腳相連接。
本實用新型采用Pt100溫度傳感器進行溫度檢測,測量溫度范圍較大,并通過控制加熱器和冷卻器,實現(xiàn)在高溫或低溫條件下,完成Pt100溫度傳感器的工作性能的檢測實驗。進一步而言,本實用新型提供的檢測軌道車輛Pt100溫度傳感器抗溫性能控制系統(tǒng),可以檢測具有同樣安裝孔的其它電子設(shè)備的抗溫效果。
附圖說明
圖1是本實用新型主控模塊電路圖;
圖2是本實用新型的溫度采集模塊電路圖原理圖;
圖3是本實用新型的顯示模塊電路原理圖;
圖4是本實用新型的串口模塊電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型是由Pt100溫度傳感器和溫度采集模塊、主控模塊、顯示模塊、串口模塊組成;
主控模塊電路采用STM32F103RBT6芯片:主控模塊U1的30腳連接有S1、C1、R1組成的復位電路,BT1、D1、D2、Y1組成掉電保護電路,主控模塊U1的1、2腳接R2、Y2、C2、C3組成的振蕩電路,主控模塊U1的4、5腳接C4、C5、L1組成的濾波電路,主控模塊U1的6、7引腳與C6相連接組成去耦電路,主控模塊U1的22、23引腳與C7相連接組成去耦電路,主控模塊U1的20、21引腳與C8相連接組成去耦電路,主控模塊U1的19、20引腳與C9相連接組成去耦電路,主控模塊U1的24、27引腳與R3、R4和BOOT相連接用于選擇STM32的三種不同啟動方式,發(fā)光二極管LED1和LED2以及限流電阻R29、R30組成用來指示串口數(shù)據(jù)收發(fā)并連接在主控模塊U1的28、29腳;
溫度采集模塊:溫度采集電路由Pt100溫度傳感器和運算放大電路組成,其中運算放大電路采用低功耗集成運算放大器TL062,為了防止單級放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差,放大電路采用兩級放大:運算放大電路連接有Pt100溫度傳感器、差分電容C10、C13,運算放大模塊連接有U2B運算放大器,其中U2B的引腳5與分壓電阻R5、R6連接,U2B的引腳6、引腳7與差分電容C11連接,同時U2B的引腳6、引腳7之間還連接有分壓電阻R7、R8、R9、R10,U2B運算放大器還連接有分壓電阻R13和調(diào)零電阻R14構(gòu)成前級放大電路;運算放大電路連接有U2A運算放大器,其中U2A的引腳3連接有分壓電阻R11、R12和差分電容C14,U2A的引腳2連接有分壓電阻R14,U2A的引腳1與引腳2之間連接有差分電容C12和電阻R15,U2A的引腳1連接有電阻R16引出A/D引腳,A/D引腳與主控模塊U1的引腳17相連接;
顯示模塊:顯示模塊連接有四位一體數(shù)碼管,顯示模塊連接有三極管Q1、Q2、Q3、Q4,用于增大驅(qū)動電流來驅(qū)動四位一體數(shù)碼管,四位一體數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g引腳分別連接有限流電阻R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24,限流電阻的另一端連接到7447譯碼模塊U3的引腳14、13、12、11、10、9、8,譯碼模塊U3的引腳1、2、3、4分別與主控模塊U1的引腳8、9、10、11相連接,上拉電阻R25、R26、R27、R28的一端分別于與三極管Q1、Q2、Q3、Q4的基極相連接,另一端分別與主控模塊U1的引腳12、13、14、15相連接;
串口模塊:串口模塊主要由U4 MAX232芯片及其外部電路組成,串口模塊連接有C15、C16、C17、C18與1、2、3、4、5、6引腳構(gòu)成電荷泵電路,7、8引腳作為上位機的收發(fā)引腳與J1的2、3引腳相連接,9、10引腳作為第二數(shù)據(jù)通道分別與主控模塊U1的28、29引腳相連接。
電源模塊為其它單元提供所需的電源,在不影響用電設(shè)備正常工作的前提下,選用內(nèi)置AC~DC 5V電源轉(zhuǎn)換模塊,終端部分芯片電源要求為3.3V,所以采用集成DC5V~DC3.3V轉(zhuǎn)換芯片NCP1117,為保證5V電源與3.3V之間互不影響,在NCP1117前加入5V隔離電源模塊IF0505S-W75。
人機交互界面將測試指令發(fā)送給控制系統(tǒng),接收到測試指令后,通過人機交互界面給系統(tǒng)一個設(shè)定溫度,系統(tǒng)通過比較設(shè)定溫度和當前溫度的大小,進而通過串口模塊發(fā)送命令給加熱器或冷卻器,實現(xiàn)在高溫或低溫環(huán)境下對Pt100溫度傳感器工作性能的檢測。
本實用新型提供了一種檢測軌道車輛Pt100溫度傳感器抗溫性能的控制系統(tǒng),通過Pt100溫度傳感器測量當前溫度,經(jīng)過溫度采集模塊后送入主控模塊進行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理,再通過顯示模塊進行顯示,同時操作人員設(shè)定一個檢測溫度(-200℃~+850℃),通過上位機給加熱器或冷卻器發(fā)出命令使其達到設(shè)定溫度后,再次使用Pt100溫度傳感器檢測溫度,觀察此時檢測到的溫度是否與設(shè)定溫度相同。
本實用新型是由加熱器、冷卻器、Pt100溫度傳感器、溫度采集模塊、主控模塊、顯示模塊、串口模塊、電源模塊和人機交互界面組成。主控模塊電路包括復位電路、掉電保護電路、振蕩電路、濾波電路、去耦電路、串口收發(fā)指示電路和啟動方式選擇電路,實現(xiàn)對其他模塊的管理與控制;溫度采集模塊包括Pt100溫度傳感器和運算放大電路,運算放大電路使用兩級放大,通過電位器可以實現(xiàn)調(diào)零;顯示模塊由八位共陽極數(shù)碼管組成,用于顯示Pt100溫度傳感器測得的溫度;串口模塊包括電荷泵電路和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道;主控模塊分別和溫度采集模塊、串口模塊和顯示模塊相連,完成溫度數(shù)據(jù)采集與處理,并采用模糊PID算法控制加熱器的溫度,實現(xiàn)對溫度的閉環(huán)控制。加熱器是通過實際情況定做的200*300的加熱板,其導線和主控制模塊相連,溫度傳感器是經(jīng)過嚴格實驗后的合格的Pt100溫度傳感器,用于測量工裝臺溫度,并反饋給主控模塊。人機交互界面將測試指令發(fā)送給控制系統(tǒng),接收到測試指令后,通過人機交互界面給系統(tǒng)一個設(shè)定溫度,系統(tǒng)通過比較設(shè)定溫度和當前溫度的大小,進而通過串口模塊發(fā)送命令給加熱器或冷卻器,實現(xiàn)在高溫或低溫環(huán)境下對Pt100溫度傳感器工作性能的檢測。
以下結(jié)合附圖對本使用新型進行詳細描述:
本實用新型包括:加熱器、冷卻器、Pt100溫度傳感器、溫度采集模塊、主控模塊、顯示模塊、串口模塊、電源模塊和人機交互界面,其中STM32F103RBT6芯片主要通過對加熱器的加熱和冷卻器的冷卻進行控制,同時控制溫度采集模塊和顯示模塊,其內(nèi)部還有A/D轉(zhuǎn)換電路,采集到的溫度數(shù)據(jù)通過主控模塊內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換對數(shù)據(jù)進行處理,最終通過顯示模塊顯示出來以便觀察。人機交互界面將測試指令發(fā)送給控制系統(tǒng),接收到測試指令后,通過人機交互界面給系統(tǒng)一個設(shè)定溫度,系統(tǒng)通過比較設(shè)定溫度和當前溫度的大小,進而通過串口模塊發(fā)送命令給加熱器或冷卻器,實現(xiàn)在高溫或低溫環(huán)境下對Pt100溫度傳感器工作性能的檢測。
主控模塊電路主要由STM32F103RBT6芯片及其外圍電路組成:如圖1所示,主要包括由S1、C1、R1組成的復位電路,當S1按鍵按下時實現(xiàn)CPU復位功能;BT1、D1、D2、Y1組成掉電保護電路,在系統(tǒng)掉電和低功耗模式下為實時時鐘供電;R2、Y2、C2、C3組成的振蕩電路,為CPU提供時鐘;C4、C5、L1組成的濾波電路,對芯片內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的供電進行去耦合和濾波;U1的6、7引腳與C6相連接組成去耦電路,U1的21、22引腳與C7相連接組成去耦電路,U1的19、20引腳與C8相連接組成去耦電路U1的17、18引腳與C9相連接組成去耦電路,主要是為去除電源噪聲,提高CPU的抗干擾能力;U1的24、27引腳與R3、R4和BOOT相連接,通過STM32F103RBT6芯片的BOOT1、BOOT0引腳可以選擇三種不同的啟動模式;R29、R30作為限流電阻,與發(fā)光二極管LED1和LED2組成電路用來只是串口數(shù)據(jù)收發(fā),即有數(shù)據(jù)發(fā)送時LED1亮,有數(shù)據(jù)接收時LED2亮,否則都不亮,實現(xiàn)將加熱或冷卻命令通過串口發(fā)送到加熱器或冷卻器,并進行相應(yīng)的加熱或冷卻操作。
溫度采集模塊:如圖2所示,溫度采集模塊主要有Pt100溫度傳感器和運算放大電路組成,運算放大電路采用低功耗集成運算放大器TL062,作為Pt100的前置放大電路,為了防止單級放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差,放大電路采用兩級放大:運算放大模塊連接有Pt100溫度傳感器,傳感器的接入十分簡單,+5V供電端通過R5、R6就可將Pt100溫度傳感器接入電路,運算放大模塊連接有差分電容C10、C13,運算放大模塊連接有U2B運算放大器,其中U2B的引腳5與分壓電阻R5、R6連接,U2B的引腳6、引腳7與差分電容C11連接,同時U2B的引腳6、引腳7之間還連接有分壓電阻R7、R8、R9、R10,U2B運算放大器還連接有分壓電阻R13和調(diào)零電阻R14構(gòu)成前級放大電路;運算放大模塊連接有U2A運算放大器,其中U2A的引腳3連接有分壓電阻R11、R12和差分電容C14,U2A的引腳2連接有分壓電阻R14,U2A的引腳1與引腳2之間連接有差分電容C12和電阻R15,這種接法能夠有效的穩(wěn)定靜態(tài)工作點,以放大差模信號抑制共模信號,常用于測量電路的輸入級,U2A的引腳1通過連接電阻R16引出A/D引腳,A/D引腳與數(shù)據(jù)處理模塊U1的引腳17相連接,通過STM32F103RBT6芯片內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器將采集的溫度模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行處理。
顯示模塊:如圖3所示,顯示模塊連接有四位一體數(shù)碼管,顯示模塊連接有三極管Q1、Q2、Q3、Q4,用于增大驅(qū)動電流來驅(qū)動四位一體數(shù)碼管,四位一體數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g引腳分別連接有限流電阻R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24,限流電阻的另一端連接到7447譯碼模塊U3的引腳14、13、12、11、10、9、8,譯碼模塊U3的引腳1、2、3、4分別與主控模塊U1的引腳8、9、10、11相連接,使用7447譯碼器能夠節(jié)省大量的I/O口,并且功耗更低,上拉電阻R25、R26、R27、R28的一端分別于與三極管Q1、Q2、Q3、Q4的基極相連接,另一端分別與數(shù)據(jù)處理模塊U1的引腳12、13、14、15相連接。
串口模塊:如圖4所示,串口模塊主要有U4 MAX232芯片及其外部電路組成,串口模塊連接有C15、C16、C17、C18與1、2、3、4、5、6引腳構(gòu)成電荷泵電路,功能是產(chǎn)生+12V和-12V兩個電源,提供給RS232串口電平的需要,11、12、13、14引腳為第一數(shù)據(jù)通道,7、8、9、10引腳為第二數(shù)據(jù)通道,7、8引腳作為上位機的收發(fā)引腳與J1的2、3引腳相連接,實現(xiàn)上位機與U4之間的數(shù)據(jù)通信,9、10引腳分別與主控模塊U1的28、29引腳相連接實現(xiàn)主控模塊與U4之間的數(shù)據(jù)通信。
電源模塊為其它單元提供所需的電源,在不影響用電設(shè)備正常工作的前提下,選用內(nèi)置AC~DC 5V電源轉(zhuǎn)換模塊,終端部分芯片電源要求為3.3V,所以采用集成DC5V~DC3.3V轉(zhuǎn)換芯片NCP1117,為保證5V電源與3.3V之間互不影響,在NCP1117前加入5V隔離電源模塊IF0505S-W75。
人機交互界面將測試指令發(fā)送給控制系統(tǒng),接收到測試指令后,通過人機交互界面給系統(tǒng)一個設(shè)定溫度,系統(tǒng)通過比較設(shè)定溫度和當前溫度的大小,進而通過串口模塊發(fā)送命令給加熱器或冷卻器,實現(xiàn)在高溫或低溫環(huán)境下對Pt100溫度傳感器工作性能的檢測。
本實用新型的具體工作流程:當系統(tǒng)上電后,主控模塊會初始化各個外圍設(shè)備,然后等待上位機發(fā)出測試命令,當接收到測試命令后,系統(tǒng)開始對Pt100溫度傳感器的抗溫性能進行測試。首先Pt100溫度傳感器通過溫度采集模塊檢測當前溫度,主控模塊對溫度數(shù)據(jù)進行處理后,通過顯示模塊將當前溫度顯示出來;然后上位機設(shè)定一個目標溫度,通過比較當前溫度與目標溫度的大小來進行相應(yīng)的操作:如果當前溫度大于目標溫度,主控模塊通過串口模塊給加熱器發(fā)出命令進行加熱操作,反之主控模塊通過串口模塊給冷卻器發(fā)送命令進行冷卻操作,由于Pt100可檢測的溫度范圍是-200℃~+850℃,所以目標溫度的設(shè)定必須在這個范圍內(nèi),設(shè)定溫度最好是在高溫或低溫條件下;當加熱器或冷卻器達到了設(shè)定溫度后,相應(yīng)的操作結(jié)束,Pt100再次測溫并通過顯示模塊顯示出來,觀察經(jīng)過加熱或冷卻操作后Pt100溫度傳感器是否正確檢測到設(shè)定的溫度,如果顯示出的溫度與設(shè)定溫度不一致,則發(fā)出報錯信息,表明此次檢測的Pt100溫度傳感器的抗溫性能不好,并結(jié)束此次測試;如果與設(shè)定溫度一致,則本次測試結(jié)束,等待上位機再次發(fā)出測試命令。