阅读说明：本技术 带Modbus485通信的PT100的温度采集器 (PT100 temperature collector with Modbus485 communication ) 是由 童华光 陈超 曹辉辉 于 2020-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带Modbus485通信的PT100的温度采集器,属于温度采集器技术领域,解决了温度数据采集可靠性和数据传输可靠性问题,其技术方案要点是包括三线制的铂热电阻和直流电压转换模块,其特征是,还包括改良电桥模块电路、温度信号放大模块电路、模数转换电路、MCU模块电路、485通信模块电路；铂热电阻与改良电桥模块电路相连接,改良电桥模块电路与温度信号放大模块电路相连,温度信号放大模块电路与模数转换电路相连,模数转换电路与所述MCU模块相连接,所述MCU模块和485通信模块电路相连接,直流电压转换模块为电路元器件提供合适工作电压,达到了提高温度采集,数据传输的可靠度和精确度效果。(The invention discloses a PT100 temperature collector with Modbus485 communication, which belongs to the technical field of temperature collectors and solves the problems of temperature data acquisition reliability and data transmission reliability, and the technical scheme is characterized by comprising a three-wire platinum thermistor and a direct-current voltage conversion module, and further comprising an improved bridge module circuit, a temperature signal amplification module circuit, an analog-to-digital conversion circuit, an MCU module circuit and a 485 communication module circuit; the platinum thermal resistor is connected with the improved bridge module circuit, the improved bridge module circuit is connected with the temperature signal amplification module circuit, the temperature signal amplification module circuit is connected with the analog-to-digital conversion circuit, the analog-to-digital conversion circuit is connected with the MCU module, the MCU module is connected with the 485 communication module circuit, and the direct-current voltage conversion module provides proper working voltage for circuit components, so that the effects of improving the temperature acquisition and the reliability and accuracy of data transmission are achieved.)

带Modbus485通信的PT100的温度采集器

技术领域

本发明涉及温度采集器领域，特别地，涉及一种带Modbus485通信的PT100的温度采集器。

背景技术

在做一些项目的时候，用到一些模块，经常会是485的接口，而且485也是工业上常用的通信方式，在工业应用中建立连向PC机的分布式设备网络、其他数据收集控制器、HMI或者其他操作时，串行连接会选择RS-485。我们知道串口通信的数据传输都是0和1，但是在单总线、I2C、UART中都是通过一根线的高低电平来判断逻辑1或者逻辑0，但这种信号线的GND再与其他设备形成供地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。所以差分通信、支持多机通信、抗干扰强的RS485就被广泛的使用了。

PT100是铂热电阻，简称为：PT100铂电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。在编辑医疗、电机、工业、温度计算、卫星、气象、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。

它的技术参数为三线、四线或两线Pt100/Cu50热电阻信号直接输入；精度、线性度误差等级：0.2级(相对温度)；内置线性化处理和长线补偿电路；电源、信号。

输入/输出3000VDC三隔离；辅助电源：5V、12V、15V或24V直流单电源供电；国际标准信号输出：4-20mA/0-5V/0-10V等；低成本、超小体积，使用方便，可靠性高；标准SIP12/DIP24符合UL94V-0阻燃封装；工业级温度范围：-40-+85℃。

目前，热电阻法测量温度采用两线制，三线制，四线制的铂电阻PT100，其中两线制和三线制受引线影响较大，此外，恒流源电路对测温电路的误差影响较大。在工业控制系统中，温度数据经常需要传输比较远的距离，外界因素对其数据的影响也较大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题，提供一种带Modbus485通信的PT100的温度采集器，以达到更加稳定、可靠、安全、效率、精确的测量温度并传输数据的目的。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种带Modbus485通信的PT100的温度采集器，包括三线制的铂热电阻和直流电压转换模块，还包括改良电桥模块电路、温度信号放大模块电路、模数转换电路、MCU模块电路、485通信模块电路；

铂热电阻与改良电桥模块电路相连接，改良电桥模块电路与温度信号放大模块电路相连，温度信号放大模块电路与模数转换电路相连，模数转换电路与所述MCU模块相连接，所述MCU模块和485通信模块电路相连接，直流电压转换模块为电路元器件提供合适工作电压。

作为本发明的具体方案可以优选为：三线制的铂热电阻的第一引脚通过电阻连接模拟地端，改良电桥模块电路包括电阻R5、电阻R2、电阻R6、电阻R3、电容C2、以及电容C1；

铂热电阻的第二引脚连接电容C2、电阻R5的一端，电容C2的另一端连接模拟地端，电阻R5的另一端连接电阻R10一端和电阻R2一端，电阻R4的另一端连接第一电压源，电阻R2的另一端作出第一信号输出；

铂热电阻的第二引脚连接电阻R6、电容C1、和电阻R3的一端，电阻R6的另一端连接第一电压源，电容C1的另一端连接模拟地端，电阻R3的另一端作为第二信号输出端。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述温度信号放大模块电路包括芯片U4，第一信号输出端和第二信号输出端分别连接芯片U4的输入端，芯片U4的搭配***电路并具有放大信号输出端。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述模数转换电路包括型号为MCP3202的芯片U5，芯片U5连接放大信号输出端并采集温度模拟信号，芯片U5的数字信号输出端输出温度数字信号，温度数字信号提供给MCU模块电路。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述MCU模块电路是以型号为STM32F103的芯片U7为核心的芯片最小系统电路。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述485通信模块电路包括芯片U3、瞬态电压抑制器D2、瞬态电压抑制器D3、电阻R10、电阻R11、电阻R12、和电阻R13；

所述芯片U3的型号为SP3485E，芯片U3和MCU模块电路通信连接，芯片U3的第七引脚连接瞬态电压抑制器D2的阴极、电阻R10的一端、电阻R12的一端，瞬态电压抑制器D2的阴极接地，电阻R10的另一端接地，电阻R12的另一端为通信接口一端；

芯片U3的第六引脚连接瞬态电压抑制器D3的阴极、电阻R11的一端、电阻R13的一端，瞬态电压抑制器D3的阳极接地，电阻R11的另一端连接第二电压源，电阻R13的另一端为通信接口另一端。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述第二电压源为芯片U3的供电电压，所述电阻R10和电阻R11阻值相等，所述电阻R12和电阻R13阻值相等。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述电容C2和电容C1容值相等，电阻R6和电阻R4阻值相等，电阻R2和电阻R3阻值相等。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述直流电压转换模块还通过基准电压源电路将3.3V电压转换成2.5V基准电压进行输出。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述模数转换电路上的模拟地端通过电感、或螺旋的导线、或零欧姆电阻器连接接地端。

本发明技术效果主要体现在以下方面：克服热电阻法测量温度采用三线制温度监控精度差、测量不可靠的技术偏见，采用改良的电桥模块电路，搭配温度信号放大模块电路，有效提高温度数据采集精度的同时，能够提高信号传输可靠性，并且将放大后的信号利用模数转换电路进行信号转换，以高精度参考源给电桥电路模块供电保证转换精度，更加提高温度采集的可高性，提供了更先进、更便捷、更可靠的环境温湿度监测方案。

附图说明

图1为实施例中模块电路方框图；

图2为实施例中改良电桥模块电路、温度信号放大模块电路和基准电压源电路具体电路原理图；

图3为实施例中模数转换电路的原理图；

图4为实施例中MCU模块电路的原理图；

图5为实施例中485通信模块电路的原理图；

图6为实施例中直流电压转换模块的原理图。

附图标记：100、铂热电阻；200、直流电压转换模块；210、5V输出电路；220、3.3V输出电路；300、改良电桥模块电路；400、温度信号放大模块电路；500、模数转换电路；600、MCU模块电路；700、485通信模块电路；800、基准电压源电路。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，以使本发明技术方案更易于理解和掌握，而不能理解为对本发明的限制。

工业中485通信经常采用Modbus协议。这里简单的介绍一下。

多机通信：首先485通信可以进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的RS485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。

Modbus协议特点：Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用协议。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其他设备之间可以通信，已经成为一种工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。这种协议定义了一种控制器能够认识使用的数据结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其他设备的过程，如何回应来自其他设备的请求，以及怎样侦测错误记录，它制定了通信数据的格局和内容的公共格式。

在进行多机通信的时候，Modbus协议规定每个控制器必须要知道他们的设备地址，识别按照地址发送过来的数据，决定是否要产生动作，产生何种动作，如果要回应，控制器将生成的反馈信息用Modbus协议发出。

实施例：

参考图1所示，一种带Modbus485通信的PT100的温度采集器，包括三线制的铂热电阻100、直流电压转换模块200、改良电桥模块电路300、温度信号放大模块电路400、模数转换电路500、MCU模块电路600、485通信模块电路700。

其中，三线制的铂热电阻100与改良电桥模块电路300相连接，改良电桥模块电路300与温度信号放大模块电路400相连，温度信号放大模块电路400与模数转换电路500相连，模数转换电路500与MCU模块相连接，MCU模块和485通信模块电路700相连接，直流电压转换模块200为电路元器件提供合适工作电压。

比较关键的核心电路设计，参考图2所示，基于本领域技术人员，应当知晓电路原理图中的电器件符号名称所代表的含义，相同信号线标记表示相连，各个元器件的型号，在附图中未具体示意的型号为常用型号，特意表示的型号为发明创造中必要的技术参数以及技术信息。各个硬件型号的选着本着提高电路功能可靠性出发进行配选的，其中也包含这创造性思路。

具体的，三线制的铂热电阻100的第一引脚通过电阻R7连接模拟地端AGND。R7选择3K欧姆。关于附图中有阻值或电容值表示的，由于本领域技术人员能够毫无疑义的从附图中得出，因此不具体再做赘述。改良电桥模块电路300包括电阻R5、电阻R2、电阻R6、电阻R3、电容C2、以及电容C1。

在图2中，铂热电阻100的第二引脚连接电容C2、电阻R5的一端，电容C2的另一端连接模拟地端，电阻R5的另一端连接电阻R10一端和电阻R2一端，电阻R4的另一端连接第一电压源，电阻R2的另一端作出第一信号输出。铂热电阻100的第二引脚连接电阻R6、电容C1、和电阻R3的一端，电阻R6的另一端连接第一电压源，电容C1的另一端连接模拟地端，电阻R3的另一端作为第二信号输出端。

由此电路结构可见，改良电桥模块电路300，增加了偏置电阻，改变运放工作电压点，避免热电阻PT100在0℃的时候运放处于不定态，使得本发明的测温范围能在-50℃～200℃都用良好表现。温度传感器为三线制减少线阻误差。

图2中，直流电压转换模块200还通过基准电压源电路800将3.3V电压转换成2.5V基准电压进行输出。基准电压源电路800的核心在于采用了LM336Z25型号的芯片，加分压电阻组成的高精度电压基准电路，保证测温电路的转换精度。

图2中，温度信号放大模块电路400包括芯片U4，第一信号输出端和第二信号输出端分别连接芯片U4的输入端，芯片U4的搭配***电路并具有放大信号输出端。芯片U4的型号为AD623A，输出温度模拟信号Tout。

在图3中，模数转换电路500包括型号为MCP3202的芯片U5，芯片U5连接放大信号输出端并采集温度模拟信号，芯片U5的数字信号输出端输出温度数字信号Dout。结合图4所示，温度数字信号Dout提供给MCU模块电路600。

在图4中，MCU模块电路600是以型号为STM32F103的芯片U7为核心的芯片最小系统电路。其中具有仿真接口J1，用于数据和程序的烧写。

另外，为了解决数据传输问题。结合参考图5所示，485通信模块电路700和图4中的MCU模块电路600对应连接。485通信模块电路700包括芯片U3、瞬态电压抑制器D2、瞬态电压抑制器D3、电阻R10、电阻R11、电阻R12、和电阻R13。

具体的，芯片U3的型号为SP3485E，芯片U3和MCU模块电路600通信连接，芯片U3的第七引脚连接瞬态电压抑制器D2的阴极、电阻R10的一端、电阻R12的一端，瞬态电压抑制器D2的阴极接地，电阻R10的另一端接地，电阻R12的另一端为通信接口一端。

芯片U3的第六引脚连接瞬态电压抑制器D3的阴极、电阻R11的一端、电阻R13的一端，瞬态电压抑制器D3的阳极接地，电阻R11的另一端连接第二电压源，电阻R13的另一端为通信接口另一端。

带过压保护的modbus485通讯，过压保护由两颗SMBJ6.5CA的瞬态电压抑制器实现。带保护的485通信，在工业场合能有效避免因为错误操作带了的设备损失。

为了设计电路运行的稳定性和可靠性考虑，第二电压源为芯片U3的供电电压，电阻R10和电阻R11阻值相等，电阻R12和电阻R13阻值相等。电容C2和电容C1容值相等，电阻R6和电阻R4阻值相等，电阻R2和电阻R3阻值相等。由此设计，能够利用并行走线的方式降低信号之间的电磁感应的干扰，提高数据靠磁能力。另外，模数转换电路500上的模拟地端通过电感、或螺旋的导线、或零欧姆电阻器连接接地端。

参考图6所示，直流电压转换模块200是由5V输出电路210和3.3V输出电路220组成。核心芯片U1、U2搭配其***电路，核心芯片U1、U2型号为LM2596和LM1117组成的直流电压转换模块200，输入电压范围达到9～36V。输出5V和3.3V。带防反接和防过压功能，短路自动保护。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。