универсальный вход для любых датчиков, разработка универсального аналогового входа для разных датчиков Опции

[umup]

Нужно 4-8 аналоговых входов для подключения разнообразных датчиков (пока планируются резистивные ТСМ,ТСП 50,100; Pt100,1000; KTY34; аналоговые TMP35,36; HIH3610; цифровые DS1820,1821), возможно, еще потребуется подключение термопар. Подключение для экономии контактов разьема желательно одно-, в крайнем случае двухпроводное. Процессор - Мега16. 10 разрядов его АЦП должно хватить (точность нужна до 1-2х градусов, диапазон - 10-130 градусов).
Думаю, схемотехника должна быть приблизительно такая: программируемый ЦАПом или ШИМом генератор тока (0,5-5 мА) для резистивных и цифровых датчиков, аналоговый коммутатор на 4 или 8 каналов (CD4052 или 2xCD4051), дифференциальный усилитель с программируемым К.У., АЦП. Может, удастся обойтись встроенным АЦП (у него есть диф.режим и программируемый К.У.).
Делал кто-нибудь что-то подобное?

[upc2]

Уже лет двадцать для этих целей существует универсальное решение. Это платы в SCADA
системах усилители/коммутаторы выпускаемые очень большим числом фирм.Кроме всего прочего,
они должны выполняться строго с рекомендациями международной организации МЭК.Например,
плата PCLD 589D.
Ваше решение не стандартное и кажется не в тему.

[iosifk]

Нужно 4-8 аналоговых входов для подключения разнообразных датчиков (пока планируются резистивные ТСМ,ТСП 50,100; Pt100,1000; KTY34; аналоговые TMP35,36; HIH3610; цифровые DS1820,1821), возможно, еще потребуется подключение термопар. Подключение для экономии контактов разьема желательно одно-, в крайнем случае двухпроводное. Процессор - Мега16. 10 разрядов его АЦП должно хватить (точность нужна до 1-2х градусов, диапазон - 10-130 градусов).
Думаю, схемотехника должна быть приблизительно такая: программируемый ЦАПом или ШИМом генератор тока (0,5-5 мА) для резистивных и цифровых датчиков, аналоговый коммутатор на 4 или 8 каналов (CD4052 или 2xCD4051), дифференциальный усилитель с программируемым К.У., АЦП. Может, удастся обойтись встроенным АЦП (у него есть диф.режим и программируемый К.У.).
Делал кто-нибудь что-то подобное?

Высказывание об "универсальном входе" - это очень странно!
Если не имели дело с метрологией, то сначала сильно рекомендую сесть и посчитать.
Генератор тока, управляемый ШИМ - как раз об этом и говорит... Как там с подавлением пульсаций? Как с гальвано-развязкой?
Терморезистор и термопара на один вход - это просто красота, если бы не компенсация холодного спая... Да еще однопроводное... А на каком расстоянии от датчиков находится процессор? И в каком температурном диапазоне он должен работать?

[Ruslan1]

Нужно 4-8 аналоговых входов для подключения разнообразных датчиков (пока планируются резистивные ТСМ,ТСП 50,100; Pt100,1000; KTY34; аналоговые TMP35,36; HIH3610; цифровые DS1820,1821), возможно, еще потребуется подключение термопар. Подключение для экономии контактов разьема желательно одно-, в крайнем случае двухпроводное.

Какая-то странная у Вас хотелка. Это что, для демонстрации студентам? Больше такое, по-моему, ни на что не сгодится
Это в первую очередь касается двухпроводного подключения RTD.

Процессор - Мега16. 10 разрядов его АЦП должно хватить (точность нужна до 1-2х градусов, диапазон - 10-130 градусов).

Внимательно посчитайте. Дело в том, что характеристика датчиков, во-первых, нелинейна, во-вторых, в указанном диапазоне температур Вы имеете не от 0 до Umax, а от U1 до U2, что заведомо меньше, чем диапазон АЦП.

Думаю, схемотехника должна быть приблизительно такая: программируемый ЦАПом или ШИМом генератор тока (0,5-5 мА) для резистивных и цифровых датчиков, аналоговый коммутатор на 4 или 8 каналов (CD4052 или 2xCD4051), дифференциальный усилитель с программируемым К.У., АЦП. Может, удастся обойтись встроенным АЦП (у него есть диф.режим и программируемый К.У.).
Делал кто-нибудь что-то подобное?

Кстати, скорость опроса датчиков какая?

Универсальный вход ВСЕГДА будет дороже и сложнее, чем специализированный. В запущенных случаях он будет хуже специализированного по параметрам. Универсальный вход хорош для производителя (не нужно номенклатуру раздувать) и плох для конечного потребителя, у которого гирлянды известных датчиков как повесили 20 лет назад, так и не будут ни на что менять еще долго.

Например, мы для такого случая имеем плату, поддерживающую сколько-то входов измерения напряжения 0-30мВ (для термопар) плюс еще сколько-то входов измерения сопротивления 10-250 Ом (для RTD) с 3- и 4-х проводным включением. То есть обеспечивается универсальность (любой RTD или любая термопара), но не такая как вам нужно. Ну а перевод миливольт и ом в градусы происходит уже в системе сбора.
Следующая ступень универсальности - это контроллеры, работающие с нормированным сигналом (-5...+5 Вольт). Таких входов как правило на производстве очень много нужно.

Кстати, если речь идет о универсальности, рекомендую подумать о гальванической развязке хотя бы для термопар. Видел варианты, когда сигнал от одной термопары используется в нескольких независимых системах обработки, в таких случаях гальваноразвязка очччень пользительна.

[K_AV]

Нужно 4-8 аналоговых входов для подключения разнообразных датчиков (пока планируются резистивные ТСМ,ТСП 50,100; Pt100,1000; KTY34; аналоговые TMP35,36; HIH3610; цифровые DS1820,1821), возможно, еще потребуется подключение термопар. Подключение для экономии контактов разьема желательно одно-, в крайнем случае двухпроводное. Процессор - Мега16. 10 разрядов его АЦП должно хватить (точность нужна до 1-2х градусов, диапазон - 10-130 градусов).
Думаю, схемотехника должна быть приблизительно такая: программируемый ЦАПом или ШИМом генератор тока (0,5-5 мА) для резистивных и цифровых датчиков, аналоговый коммутатор на 4 или 8 каналов (CD4052 или 2xCD4051), дифференциальный усилитель с программируемым К.У., АЦП. Может, удастся обойтись встроенным АЦП (у него есть диф.режим и программируемый К.У.).
Делал кто-нибудь что-то подобное?

Каша какая-то.
Какое еще подключение "одно-, в крайнем случае двухпроводное". Ты бы хоть посмотрел, что для тех же ТСМ, ТСП рекомендуют (и, странное дело, применяют) 4- или 3-проводное подключение, и подумал: а нафига это туповатый народец лишние провода использует? И что ты собираешься подавать на "дифференциальный усилитель с программируемым К.У." с терморезистора, подключенного по "однопроводной схеме" (надеюсь, общий провод в это число не входит). Какой еще программируемый ток предполагается подавать на DS1820?

[EvgenyNik]

Вот накинулись на человека :-)
umup, вообще, желание хорошее, но самоубийственное изначально.
Жизненный опыт показывает, что экономия контактов разъёма совершенно не оправдывается схемными наворотами.
Вы получаете целый набор недостатков:
- печатная плата становиться больше
- помехозащищённость схемы резко падает
- сложность монтажа возрастает (фактически, это конструктор "Сделай сам" для монтажника)
- модернизация схемы усложняется
- ремонтопригодность снижается
- можно продолжать далее...
и всё это из-за экономии разъёма...
Если принципиально нельзя увеличить количество разъёмов, то лучшим решением (ИМХО) будет модульная сборка. Т.е. Вы делаете несколько небольших одноплатных модулей - для ТСМ..., для термопар, для цифры, для... и потом устанавливаете их на общую плату.
Такой подход позволит упростить задачу в разы - поверьте.
Ещё очень важно обеспечить гальваническую изоляцию всех каналов друг от друга и от МК.

[okela]

Мдя... Ну бывает, бывает. Человеку захотелось иметь полный пердимонокль
Особенно понравилось сочетание 'универсальный аналоговый вход' и цифровые датчики...

Единственное что всплыло из моей памяти , это делал в свое время универсальный модуль аналоговых
диф.входов с двумя регулировками на канал: одна - усиление, вторая - смещение нуля.

[Ruslan1]

Единственное что всплыло из моей памяти , это делал в свое время универсальный модуль аналоговых
диф.входов с двумя регулировками на канал: одна - усиление, вторая - смещение нуля.

Дык это и так присутствует всегда и везде, природа позаботилась. Наша задача- свести эти смещения-уходы-старения к допустимому минимуму, вводя свои "антисмещения и "антиусиления".

PS. Я бы тоже у Деда Мороза такой универсальный вход попросил. Только ведь или зажмет, или такой стишок попросит рассказать, что до пенсии не выучить....

[okela]

Единственное что всплыло из моей памяти , это делал в свое время универсальный модуль аналоговых
диф.входов с двумя регулировками на канал: одна - усиление, вторая - смещение нуля.

Дык это и так присутствует всегда и везде, природа позаботилась. Наша задача- свести эти смещения-уходы-старения к допустимому минимуму, вводя свои "антисмещения и "антиусиления".

Имелось ввиду что подстраиваемые параметры : размах входного диапазона и его начало.
Например: 0...10 в, 1...5 в, 0... 1.5 в и т.д.

[umup]

Вот собрал такое (пока на макете) - работает (четыре канала), подключал DS18B20, Pt100, TMP36, HIH3610, ТСМ-50. Используется трехпроводная схема. ШИМ с PD4 задает ток для резистивных датчиков. U8A - повторитель после фильтра, U8B - генератор тока. AO0-AO3 - выходы тока, AI0-AI3 - входы напряжения. PA4 - используется для работы с цифровыми датчиками (для K_AV - им нужен подтягивающий резистор - ток 0,5 - 2 мА - вот по каналу генератора тока он и генерируется, работает прекрасно). После RC фильтра аналоговый сигнал поступает на PA3. Если нужно, АЦП используется в диф. режиме (по входу PA2 ШИМом с PD5 задается уровень на втором диф. входе, то есть неиспользуемый диапазон резистивных датчиков отрезается). Для датчиков с большим сигналом (TMP36, HIH3610) используется обычный, не диф. вход. Для 100 и 50 омных включается внутр. усилитель 10х.

В программе создан массив параметров для типов датчиков (задан ток, который нужен данному датчику, режим АЦП (диф/обычный, Ку), нужен ли цифровой обмен).
Алгоритм приблизительно такой :

1.Конфигурируем АЦП в соответствующий выбранному каналу (подключенному датчику) режим (обычный/диф., Ку)
2.В регистр ШИМа тока пишем значение, соответствующее току для данного типа датчика, в регистр ШИМа диф. сигнала - соответствующее значение.
3.пауза для установления параметров
4.меряем АЦП или обмениваемся с DSxxx
5.пишем считанное значение в массив измеренных значений
6.выключаем ток
7.пауза
8.переключаемся на следующий канал
9.перейти на п.1

Точности пока хватает (в +-3 градуса укладывается). Смещения компенсируются калибровкой по двум точкам (у LM358 они большие, но компенсируются нормально, пробовал MCP617 - значительно лучше, OPA2335 должно быть еще лучше).
Если применить вместо встроенного внешний АЦП (например ADS1110) c программируемым усилением, должно быть вообще прекрасно.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Ruslan1]

Единственное что всплыло из моей памяти , это делал в свое время универсальный модуль аналоговых
диф.входов с двумя регулировками на канал: одна - усиление, вторая - смещение нуля.

Дык это и так присутствует всегда и везде, природа позаботилась. Наша задача- свести эти смещения-уходы-старения к допустимому минимуму, вводя свои "антисмещения и "антиусиления".

Имелось ввиду что подстраиваемые параметры : размах входного диапазона и его начало.
Например: 0...10 в, 1...5 в, 0... 1.5 в и т.д.

Да я понял. Это так, шутка была.

[K_AV]

Вот собрал такое (пока на макете) - работает (четыре канала), подключал DS18B20, Pt100, TMP36, HIH3610, ТСМ-50. Используется трехпроводная схема. ШИМ с PD4 задает ток для резистивных датчиков. U8A - повторитель после фильтра, U8B - генератор тока. AO0-AO3 - выходы тока, AI0-AI3 - входы напряжения. PA4 - используется для работы с цифровыми датчиками (для K_AV - им нужен подтягивающий резистор - ток 0,5 - 2 мА - вот по каналу генератора тока он и генерируется, работает прекрасно). После RC фильтра аналоговый сигнал поступает на PA3. Если нужно, АЦП используется в диф. режиме (по входу PA2 ШИМом с PD5 задается уровень на втором диф. входе, то есть неиспользуемый диапазон резистивных датчиков отрезается). Для датчиков с большим сигналом (TMP36, HIH3610) используется обычный, не диф. вход. Для 100 и 50 омных включается внутр. усилитель 10х.

Вот теперь замысел понятен.
Я бы так все равно не делал, но раз тебя устраивает - почему бы и нет.
а) использовать источник тока вместо подтягивающего резистора безбоязненно можно только в статике. Сомневаюсь, что твой источник тока успевает отрабатывать импульсы информационного обмена. Скорее, спасает широкий допуск на ток "подтяжки" в этой цепи. "Ноль" задается жестко, а к единице чем бы ни тянулся - в большом диапазоне токов почти все равно. Но чревато.
б) Если раньше, говоря об "однопроводном" подключении датчика, видимо, имелось в виду 2 физических провода , то теперь "трехпроводное" - это три или четыре? Видимо, все же 3, просто с терминами напряженка. В подключении проволочных термосопротивлений трехпроводное подключение означает не только то, что проводов 3, но и то, что падение напряжения на обоих проводах питания датчика компенсируется (пусть с использованием всего одного доп. провода). У тебя, судя по всему, - нет (точнее, компенсируется падение на одном проводе). Не полностью уверен, т.к. не нарисовано - но подозреваю. Хотя опять же - если устраивает...
в) такой "дифференциальный" режим измерения из исходного поста совсем не ожидался. Ну да ладно. Другое дело, что он плохо реализован. Ты создаешь вычитаемое напряжение из ШИМ. Получаемое напряжение зависит, вообще говоря, не только от скважности ШИМ, но и от его амплитуды. Амплитуда определяется в данном случае напряжением питания контроллера. А оно у тебя застабилизировано в достаточной степени, чтобы использоваться в качестве сравнительной величины (через ШИМ) для 10-разрядного АЦП? По-простому, требуется питание контроллера 5+-0,005 В.

[umup]

Сомневаюсь, что твой источник тока успевает отрабатывать импульсы информационного обмена

Смотрел осцоллографом - да, нарастание импульса не совсем идеальное, но достаточное для обмена данными

Если раньше, говоря об "однопроводном" подключении датчика, видимо, имелось в виду 2 физических провода , то теперь "трехпроводное" - это три или четыре

Я имел ввиду, по одному проводу на выход датчика (плюс общая земля и питание для аналоговых/цифровых датчиков). Для резистивных ничего лучшего пока не придумалось - для устранения влияния канала коммутатора пришлось разделить токовый выход и вход, если взять хороший соединительный провод с датчиком, можно их соединить, то есть получится по одному проводу на датчик + общая земля и питание.

У тебя, судя по всему, - нет (точнее, компенсируется падение на одном проводе)

Резистивные датчики включаются одним выводом на землю, другим (двумя проводами) на выход тока и вход напряжения. То есть один провод (земля) не компенсируется, ну и фиг с ним.

такой "дифференциальный" режим измерения из исходного поста совсем не ожидался

Ну не знаю, писал вроде что используется Мега16

По-простому, требуется питание контроллера 5+-0,005 В.

Сейчас питание контроллера и аналоговой части сделано на LM317L. Ее погрешность компенсируется калибровкой (вообще-то онаи так небольшая), а термостабильность вроде достаточная (все резисторы - 1%)

А если использовать контроллер с более навороченной аналоговой частью (MSP430, ADuC, c8051x) - вообще будет нормально.
Можно ШИМ и связь с АЦП разделить опторазвязкой.

Сообщение отредактировал umup - Dec 27 2006, 18:13

[K_AV]

umup
Знаешь, если честно - то мне все равно. Я ведь не Госприемка. Тебя устраивает - и ладненько.
Только в плане использования ШИМ для создания измеряемого на АЦП сигнала важно не значение напряжения питания контроллера, а его стабильность (чтобы после проведенной тобой калибровки и компенсации все не гуляло далее не учтенным).
Ты ведь, наверное, посмотрел, что у LM317 температурная нестабильность 0,7% и временная нестабильность 0,3%. Плюс нестабильность резисторов обратной связи. 1% у них - это допуск на номинальное значение. "Ползают" от температуры они так же, как 5-процентные.

Сообщение отредактировал K_AV - Dec 27 2006, 18:38

[umup]

Ты ведь, наверное, посмотрел, что у LM317 температурная нестабильность 0,7% и временная нестабильность 0,3%.

Лучшее что было под рукой. А какие стабилизаторы с лучшими параметрами ? По крайней мере точность и стабильность 317 не хуже встроенного опорника Меги.

Плюс нестабильность резисторов обратной связи. 1% у них - это допуск на номинальное значение. "Ползают" от температуры они так же, как 5-процентные.

Лучших пока нет.

Сообщение отредактировал umup - Dec 27 2006, 19:11

[Ruslan1]

Если применить вместо встроенного внешний АЦП (например ADS1110) c программируемым усилением, должно быть вообще прекрасно.

Ключевым во всем этом является то, что оно тебе подходит. Все зависит от предъявляемых требований.
Просто убедись наверняка, что оно тебе ДЕЙСТВИТЕЛЬНО подходит.

[umup]

Смотрел когда-то схемотехнику у МПР51 (Овен) - тоже ставят LM358 в цепях измерения/генерации тока, и ничего, как-то работает (вместо АЦП там преобр. напряжение-частота). Многие температуру диодом или терморезистором меряют.

[Арахис]

Смотрел когда-то схемотехнику у МПР51 (Овен) - тоже ставят LM358 в цепях измерения/генерации тока, и ничего, как-то работает (вместо АЦП там преобр. напряжение-частота). Многие температуру диодом или терморезистором меряют.

Я температуру утюга поверенным пальцем меряю.

На самом деле, схемка интересная, не лишённая оригинальности, а главное - работает.
Опытный метролог, конечно, будет долго и брезгливо ковырять пальцем. Но если Вам за этот прибор заплатят то и слава богу, значит всех устраивает.
А качество измерений проверить довольно просто: Закрутите приборчик на 50M датчик прикрутите вместо него термостабильный резистор , а лучше магазин сопротивлений, положите рядом китайский термометр, для измерения температуры окружающей среды. Спишите десяток показаний прибора и китайского термометра. Потом поставьте над всем этим настольную лампу ватт на 100 и через 20 минут снова возьмите ручку и бумагу. Посчитайте температурную стабильность на каждые 10 град. окружающей среды. И сравните с цифрой в ТЗ. А если ТЗ нет, то Вы по крайней мере будете знать, что при разговоре с заказчиком надо уходить от прямого ответа на вопрос о качестве измерений.
Мне приходилось делать универсальный вход на ТС, ТП, I(0... 5mA, 4... 20mA), U(0... 100mA). Удалось уложиться в 4 внешних контакта, включая землю и компенсатор холодного спая для термопары:

[noise2009]

Здравствуйте! Подскажите как реализовать универсальный вход для подключения следующих типов первичных преобразователей
Допустимые типы входных сигналов:
- от термометров сопротивления ТСМ 50М, ТСМ 100М, ТСП 50П, ТСП 100П (предел основной приведенной погрешности 0,25 %);
- от термопар ТХК(L), ТХА(K), ТЖК(J), ТНН(N), ТПП®, ТПП(S), ТВР(А-1) (предел основной приведенной погрешности 0,5 %);
- сигналы постоянного напряжения и тока 0...20 мА, 4..20 мА, 0..1 В (предел основной приведенной погрешности 0,25 %).
Если сложно реализовать - половину термопар можно выкинуть.

[Арахис]

Здравствуйте! Подскажите как реализовать универсальный вход

Схемы выкладывать не буду. Вполне возможно, что ваш заказчик является конкурентом моего заказчика.

Но на картинке постом выше уже многое нарисовано.
К1... К4 собственно клеммы универсального входа прибора. Справа внутренности прибора, слева варианты подключения датчиков.
Через клемму К3 загоняем ток в термометры сопротивления. Мерием U1, U2, U3 относительно К1. Этого достаточно, чтобы посчитать любой датчик.
Величину сопротивления для термометров сопротивления считаем из U1 и U2.
Величину тока для датчиков 0... 20мА, 4... 20мА считаем из U3 как падение напряжения на известном шунте между К4 и К1.
Термопару считам по U1, где она собственно и висит, а компенсатор холодного спая подключается по двухпроводке на К3, К4. Сопротивление компенсатора считается из U2 и U3.
Ну, а напряжение, оно и есть напряжение - U1.

Можете, конечно переключать на герконах, только громоздко слишком. Сейчас куча твёрдотельных реле есть на рынке. Только все эти переключения сильно тормозят процесс измерений. Чтобы качественно померить - нужны будут фильтры НЧ на входе, а при переключении они будут очень долго выползать на нужную точность, - задержки как минимум 5 * тау для простого фильтра первого порядка.

Я делал индивидуальный АЦП на каждом канале и передачу данных через оптроны на центрацьный проц.

Если сложно реализовать - половину термопар можно выкинуть.

Разные термопары отличаются друг от друга только полиномами обсчёта. Так что половину сможет выкинуть только программист.

Вообще, для программера довольно объёмистая задачка.
Минимум месяца на три, даже если ему всё разжёвывать.

Удачи!

[noise2009]

На счет конкуренции не беспокойтесь - я диплом делаю! Вот со схемотехникой то и основная проблема. То что герконовое реле это плохо - я знаю, собирать не буду, надо только нарисовать, спроектировать, хотя бы цепи от входа и до усилителя. Вот есть 2 схемы

Как при помощи 1-2 джамперов их объединить чтоб или термопару подключать или термометр сопротивления? Плюс добавить реле герконовое чтоб сигнал именно этотого канала поступал на нормирующий усилитель? С логикой у меня проблемы((
В качестве усилка хотел ставить PGA204/205, но они дорогие, решил поставить этот AD797 и четырехканальный аналоговый коммутатор ADG412

Для компенсации термопар поставлю 3-х ногий датчик TC1047/46.

Сообщение отредактировал noise2009 - Apr 15 2009, 10:34

[Арахис]

Как при помощи 1-2 джамперов их объединить чтоб или термопару подключать или термометр сопротивления? Плюс добавить реле герконовое чтоб сигнал именно этотого канала поступал на нормирующий усилитель?

Вот грубо схема входов, для подключения набора датчиков, описанных несколькими постами выше.

Размножайте коммутатор на нужное число каналов. Для каждого канала датчика нужно три входа мультиплексора.
В прикреплённой схеме в качестве задатчика тока используется резистор и придётся математически учитывать нелинейность преобразования сопротивления на входе в напряжение.

Учтите, что при измерении трёхпроводки надо учитывать падение напряжения на сопротивлении линии.

Вашего 10-ти разрядного АЦП в PIC16F877 может не хватить по точности и шумам для датчиков 50М - там больше половины диапазона измерения отрезаются. Полезный диапазон измерения от 50 до 90 Ом.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

С логикой у меня проблемы((
В качестве усилка хотел ставить PGA204/205, но они дорогие, решил поставить этот AD797 и четырехканальный аналоговый коммутатор ADG412
Для компенсации термопар поставлю 3-х ногий датчик TC1047/46.

Зачем Вам AD797? Он хуже в данном случае. И дороже. Ставьте zero-drift или OP(A)07 или из этой серии.
Коммутаторы бывают и на большее число каналов. Там же.
Для определения локальной температуры - медный датчик.

[noise2009]

Выходит как то так? Осталось все это правильно соединить? Расширил на 24 входа, как рекомендовалось в даташите на этот MUX.

[noise2009]

Забыл проект прицепить

Прикрепленные файлы

 2.rar ( 40.79 килобайт ) Кол-во скачиваний: 98