基于Cortex-M3的微控制器熱電偶測量系統

　　RTD溫度是運用查找表計算出來的，并且對RTD的運用方式與對熱電偶一樣。注意，描述RTD溫度與電阻關系的多項式與描述熱電偶的多項式不同。

　　有關線性化和實現RTD最佳性能的詳細信息，請參考應用筆記AN-0970“利用ADuC706x微控制器實現RTD接口和線性化”.

　　代碼的溫度至電流輸出部分

　　測得最終溫度后，將DAC輸出電壓設置為適當的值，以便在RLOOP上產生所需的電流。輸入溫度范圍應該是？200°C至+350°C.代碼針對？200°C和+350°C設置的輸出電流分別是4 mA和20 mA.代碼實施的是閉環方案，如圖7所示，其中AIN9上的反饋電壓通過ADC0測量，然后此值用于補償DAC輸出設置。FineTuneDAC（void）函數執行此項校正。

　　為獲得最佳結果，應在開始該電路的性能測試前校準DAC.

　　圖7. 閉環控制4 mA至20 mA的DAC輸出

　　出于調試目的，以下字符串會在正常工作期間發送至UART（見圖8）。

　　圖8. 用于調試的UART字符串

　　常見變化

　　對于標準UART至RS-232接口，可以用ADM3202等器件代替FT232R收發器，前者需采用3 V電源供電。對于更寬的溫度范圍，可以使用不同的熱電偶，例如J型熱電偶。為使冷結補償誤差最小，可以讓一個熱敏電阻與實際的冷結接觸，而不是將其放在PCB上。

　　針對冷結溫度測量，可以用一個外部數字溫度傳感器來代替RTD和外部基準電阻。例如，ADT7410可以通過I2C接口連接到ADuCM360.

　　有關冷結補償的更多詳情，請參考ADI公司的《傳感器信號調理》第7章“溫度傳感器”.

　　如果USB連接器與本電路之間需要隔離，則必須增加ADuM3160/ADuM4160隔離器件。

　　電路評估與測試

　　電流輸出測量

　　DAC和外部電壓電流轉換器電路性能測試全都一起完成。

　　一個電流表與VLOOP+連接串聯，如圖1所示。所用的電流表為HP 34401A.執行初始校準和使用VDAC輸出的閉環控制時的電路性能導致DAC輸出電路報告的溫度值為0.5°C.借助24位ADC,DAC和外部晶體管電路的非線性誤差可以調零。因為溫度是一個變化較慢的輸入參數，所以此閉環方案非常適合這種應用。圖9顯示了未采用閉環控制（ADC0沒有用于補償DAC輸出）時的理想DAC輸出（藍色）和實際DAC輸出。未采用閉環控制時的誤差可能會大于10°C.

　　圖9. 溫度（°C）與輸出電流（mA）的關系（藍色 = 理想值，開環操作：未補償DAC輸出）

　　圖10顯示了按推薦方式采用閉環控制時的相同信息。誤差非常微小，與理想值相差不到0.5°C.

　　圖10. 溫度（°C）與輸出電流（mA）的關系（藍色 = 理想值，閉環操作：通過ADC0測量補償DAC輸出）

　　熱電偶測量測試

　　基本測試設置如圖11所示。熱電偶連接至J2.

　　使用兩種方法來評估本電路的性能。首先使用連接到電路板的熱電偶來測量冰桶的溫度，然后測量沸水的溫度。使用Wavetek 4808多功能校準儀來充分評估誤差，如圖11所示。這種模式下，校準儀代替熱電偶作為電壓源。為了評估T型熱電偶的整個范圍，利用校準儀設置T型熱電偶？200°C至+350°C的正負溫度范圍之間52個點的等效熱電偶電壓（T型熱電偶請參見ISE, Inc.的ITS-90表）。圖6顯示了測試結果。

　　圖11. 用于在整個熱電偶輸出電壓范圍內校準和測試電路的設置

　　RTD測量測試

　　為了評估RTD電路和線性化源代碼，以精確的可調電阻源代替了電路板上的RTD.所用的儀器是1433-Z十進制電阻。RTD值的范圍是90 Ω至140 Ω，代表？25°C至+114°C的RTD溫度范圍。

　　圖12顯示了RTD測量的測試設置電路，圖13則顯示了RTD測試的誤差結果。

　　圖 12. RTD誤差測量的測試設置

　　圖13. 使用分段線性代碼和ADC0測量結果進行RTD測量時的°C誤差

　　電流測量測試

　　正常工作時，整個電路的功耗通常為2.25 mA.保持在復位狀態時，整個電路的功耗不到600 μA.