一種溫度變化模擬裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度變化模擬裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前較常用的測溫電路有兩種：橋式測溫電路和恒流源式測溫電路，橋式測溫電 路的原理是采用比例電阻和測溫電阻構(gòu)測量電橋，依據(jù)測溫電阻隨溫度變化輸出不同電 阻，形成壓差信號，通過采集壓差計算測量對應(yīng)的溫度值；恒流源式測溫電路的原理是將恒 定電流通過測溫電阻，依據(jù)測溫電阻隨溫度變化輸出不同電阻，生成不同的電壓降，通過對 電壓降采集處理獲取對應(yīng)的溫度值。
[0003] 對于溫度模擬普遍采用合成電阻的方法，常見的有如下幾種：（1)運用繼電器投 切精密電阻得到可變的電阻。由于繼電器存在接觸電阻而且體積較大，不但精度難以保證， 而且不利于擴展多路應(yīng)用；（2)采用人工旋轉(zhuǎn)多圈電位器來改變電位器阻值。通過手動旋 轉(zhuǎn)多圈電位器很難實現(xiàn)阻值位置精確定位，而且每次模擬應(yīng)用，都需重新進行測量定位，操 作復(fù)雜；(3)采用單個或者多個數(shù)字電位器切換半導(dǎo)體電阻來得到可變的電阻，但目前的 數(shù)字電位器的分辨率不高、額定阻值誤差大、溫度系數(shù)大，且不能夠無級調(diào)節(jié)。
[0004] 中國專利CN 103868200 A公開了一種用于模擬溫度變化的電平電壓輸出裝置，包 括主控模塊、溫度設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電位產(chǎn)生模塊以及顯示模塊，由主控模塊根據(jù) 溫度設(shè)定模塊輸出的溫度設(shè)定指令從數(shù)據(jù)存儲模塊中讀取一個或多個目標(biāo)電位數(shù)據(jù)，并由 電位產(chǎn)生模塊根據(jù)一個或多個目標(biāo)電位數(shù)據(jù)輸出一個或多個電平電壓，如果電位產(chǎn)生模塊 輸出的電平電壓與目標(biāo)電位數(shù)據(jù)對應(yīng)的電平電壓不一致，則主控模塊會相應(yīng)地調(diào)整傳送至 電位產(chǎn)生模塊的電位數(shù)據(jù)，直至電位產(chǎn)生模塊輸出的電平電壓與目標(biāo)電位數(shù)據(jù)對應(yīng)的電平 電壓相一致，從而實現(xiàn)了根據(jù)溫度設(shè)定指令模擬溫度變化并輸出相應(yīng)的電平電壓。該裝置 主要應(yīng)用于空調(diào)器，其溫度設(shè)定指令一般是由用戶對溫度設(shè)定模塊發(fā)出控制操作達到的， 且其輸出的電平電壓是通過直接從數(shù)據(jù)存儲模塊中讀取的目標(biāo)電位數(shù)據(jù)得到的，主控模塊 只能不斷調(diào)整使電位產(chǎn)生模塊輸出電位數(shù)據(jù)與目標(biāo)電位數(shù)據(jù)保持一致，該修正方式與空調(diào) 器的溫度采樣模塊沒有聯(lián)系起來，無法根據(jù)溫度采樣模塊實際采集的溫度值來對模擬電壓 進行修改，不能保證其準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種溫度變化模擬裝置，能夠準(zhǔn)確將溫度模擬成對應(yīng)的模擬 電壓，同時提供一種使用該裝置的溫度模擬方法。
[0006] 為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種溫度變化模擬裝置，包括通 信模塊、溫度解算模塊、邏輯控制模塊、參考電壓輸出模塊、參數(shù)存儲模塊；
[0007] 通信模塊，用于接收上位機或者控制系統(tǒng)下發(fā)的輸出溫度值、修正系數(shù)和校驗值 命令，并將接收的命令傳遞給溫度解算模塊；
[0008] 溫度解算模塊，用于將輸出溫度值解算得出對應(yīng)的數(shù)字電壓值；
[0009] 邏輯控制模塊，用于實現(xiàn)對通信模塊接收命令值的使能控制和參考電壓輸出模塊 的使能控制，并將解算的數(shù)字電壓值發(fā)送給參考電壓輸出模塊；同時將修正系數(shù)存入?yún)?shù) 存儲模塊，且當(dāng)從溫度測量系統(tǒng)所得溫度值和要模擬溫度存在偏差時，進行溫度修正，修改 修正系數(shù)并存儲；
[0010] 參考電壓輸出模塊，用于將數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬電壓值并輸出至溫度采 集系統(tǒng)；
[0011] 參數(shù)存儲模塊，用于存儲修正系數(shù)。
[0012] 所述參考電壓模塊包括D/A轉(zhuǎn)換模塊和電壓調(diào)理模塊。
[0013] 所述通信模塊為RS485通信模塊。
[0014] 所述邏輯控制模塊采用STM32F103系列芯片。
[0015] -種溫度變化模擬方法，該方法的步驟如下：
[0016] (1)通過通信模塊接收上位機或者控制系統(tǒng)發(fā)送的溫度輸出溫度命令值、修正值 和fe驗值；
[0017] (2)溫度解算模塊將命令值解析計算，得到溫度對應(yīng)的數(shù)字電壓值；
[0018] (3)邏輯控制模塊將解算的數(shù)字電壓值傳遞給參考電壓輸出模塊，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)化 和電壓調(diào)理，輸出對應(yīng)的模擬電壓；
[0019] (4)輸出的對應(yīng)模擬電壓被溫度測量系統(tǒng)采集后，將從溫度測量系統(tǒng)得到的溫度 值與要模擬的溫度值進行比對，若一致，修正系數(shù)為〇 ;否則對偏差溫度進行修正，將修正 系數(shù)存入?yún)?shù)存儲模塊。
[0020] 通信模塊和與其通信的上位機或者控制系統(tǒng)之間要遵守特定的Modbus通信協(xié) 議。
[0021] 溫度解算模塊將命令值解析計算得到溫度對應(yīng)的數(shù)字電壓值的過程如下：
[0022] i查矩陣表得到要模擬溫度對應(yīng)的電阻值，該矩陣表為把電阻分度表按照一定溫 度間隔將設(shè)定溫度范圍的電阻值制作成的對應(yīng)陣列的矩陣表；
[0023] ii根據(jù)查表得到的要模擬溫度對應(yīng)的電阻值計算出對應(yīng)的數(shù)字電壓值。
[0024] 邏輯控制模塊將解算數(shù)字電壓值通過SPI總線傳遞給參考電壓輸出模塊。
[0025] 本發(fā)明的溫度變化模擬裝置及方法通過通信模塊接收上位機或控制系統(tǒng)下發(fā)的 溫度輸出值、修正系數(shù)和校驗值，依據(jù)電阻分度表，結(jié)合溫度采集系統(tǒng)的特點，通過溫度解 算模塊解算出模擬溫度對應(yīng)輸出的數(shù)字電壓值，通過SPI總線將解算的電壓值發(fā)送至高精 度參考電壓輸出模塊，由高精度參考電壓輸出模塊輸出對應(yīng)的模擬電壓值。該方式適用于 常用的溫度測量領(lǐng)域，能夠準(zhǔn)確將溫度模擬成對應(yīng)的模擬電壓，連接溫度測量系統(tǒng)測得的 溫度值可以精確到〇. 5°C，并且操作簡便，解決人工旋轉(zhuǎn)多圈電位器來改變電位器阻值多次 操作設(shè)置問題；自動化程度高，體積小，易于多路擴展，解決繼電器投切精密電阻得到可變 的電阻體積大的問題；分辨率高，精度高，帶有溫度校準(zhǔn)修正功能，解決了因數(shù)字電位器自 身特點引起的精度低，無法實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)的問題。
[0026] 該裝置根據(jù)溫度模擬通道數(shù)的需求，還易于擴展，通過將裝置模塊和Modbus協(xié)議 稍作修改，即可滿足同時模擬多種環(huán)境溫度，應(yīng)用廣泛。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明溫度變化模擬裝置的原理圖；
[0028] 圖2是RS485模塊通信原理圖；
[0029] 圖3是溫度解算模塊的實現(xiàn)流程；
[0030] 圖4是接收溫度命令的Modbus協(xié)議。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖及具體的實施例對本發(fā)明進行進一步介紹。
[0032] 如圖1所示為本發(fā)明溫度變化模擬裝置的原理圖，由圖可知，該裝置包括通信模 塊、溫度解算模塊、邏輯控制模塊、參考電壓輸出模塊、參數(shù)存儲模塊；通信模塊，用于接收 上位機或者控制系統(tǒng)下發(fā)的輸出溫度值、修正系數(shù)和校驗值命令，并將接收的命令傳遞給 溫度解算模塊；溫度解算模塊，用于將輸出溫度值解算得出對應(yīng)的數(shù)字電壓值；邏輯控制 模塊，用于實現(xiàn)對通信模塊接收命令值的使能控制和參考電壓輸出模塊的使能控制，并將 解算的數(shù)字電壓值發(fā)送給參考電壓輸出模塊；同時將修正系數(shù)存入?yún)?shù)存儲模塊，且當(dāng)從 溫度測量系統(tǒng)所得溫度值和要模擬溫度存在偏差時，進行溫度修正，修改修正系數(shù)并存儲； 參考電壓輸出模塊，用于將數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬電壓值并輸出至溫度采集系統(tǒng)； 參數(shù)存儲模塊，用于存儲修正系數(shù)。
[0033] 如圖2所示，本實施例的通信模塊為RS485通信模塊，選用IS03082DW作為通信芯 片，U2RX、U2TX、U2CS連接溫度解算模塊，RS485_A、RS485_B連接上位機或者控制系統(tǒng)，其中 R1、R2、TVS1、TVS2為保護電阻和二極管。U2CS受邏輯控制模塊控制，當(dāng)使能時，RS485通信 模塊可與上位機或者控制系統(tǒng)進行通信。
[0034] 溫度解算模塊由實現(xiàn)溫度值到數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換的軟件算法構(gòu)成，其會根據(jù)不同的 溫度采集系統(tǒng)修改相應(yīng)的算法。
[0035] 邏輯控制模塊采用ST公司的STM32F103