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鉴于蓄电池的温度灵敏性及系统成本的考虑,设计的温度测量范围是-30℃-70℃。精确度设计要求为+-1℃ ,整个量程范围内的线性误差小于±1 ℃,响应时间小于1s,能对历史温度数据进行存储,能控制一定的功率负载。系统框架及流程如图1所示:
2 测量元件选择
AD590是单片集成的温度电流源传感器,其温度测量范围-55℃~+150 ℃,测量精度±0.5 ℃,整个量程范围内的线性误差小于±0.3 ℃,响应时间仅20us,功耗约2mW。
AD590等效于一个高阻抗的恒流源。在工作电压为+4~+30V、测温范围是-55~+150℃范围之内,对应于热力学温度T每变化1K,就输出1uA的电流。在298.2K(对应于25.2℃)时输出电流恰好等于298.2uA。其输出电流I与热力学温度T(K)严格成正比。
AD590两端的电压在+ 4V和 + 30V 之间时 ,即使电压有变化 ,输出的电流信号也没有影响或影响很小。当电压波动达到4-6V时,AD590的输出电流变化仅为1uA,所以AD590具有消除电源波动的特性。对电源没有特别要求。AD590是一种集成温度传感器,实质上是一种半导体集成电路,它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射较电流I的下述关系实现对温度的检测。
3 电路设计
本设计选择使用ARM7自带的A/D转换口。ARM7有8个10位A/D转换口。测量电压为0-3.3V.本次温度测量范围-30℃-+70℃。为了提高分辨率,要求-30℃时输出为0V,70℃时3V.理论分辨率为:100℃/1024约为0.1℃ 基本满足要求。
标准电路主要是将AD590的电流信号经过电阻转换为电压后放大,之后通过同相减法电路将电压变换到*的值。但是这个电路存在问题,2V电源的波动十分影响精度。并没有对这个电源进行处理。V02=V01-2V .电压波动0.1V,相当于采样温度偏差 100*0.01/3=3V.
改良电路如图2 :
如图2 所示:V0=R2*It,I=I0+It.
在-30℃ 时I=(273-30) μA.为了使此时It=0,则I0=It=243 μA(小于典型值750μA,满足需求)所以R1=10V/243μA 为41.15kΩ。当70℃时,V0应为3V左右。所以R2=3V/100 μA约为30KΩ。经过简单计算,取R1取41.2kΩ,R2取30KΩ时,测温电路的取值范围为-30.28℃-69.72℃。
假想负载为12kW左右的三相电机或者空调,其额定电流在22A。按照2.5倍的开断电流选择,需要55A左右的开关。ARM 的IO引脚输出电流正常值都在4mA左右,但是我们要控制的却是55A的大电流。初步思路为,**级通过三级管开断继电器,再由继电器控制接触器,较终达到小电流控制大负载的目的。具体电路图如图3:
4 总结
本系统结构清晰,简单;在满足实际需求的情况下,采用了成熟可靠,价格低廉的产品。可移植性高,有较强的实用性。开发*,预计熟练的技术人员在一个月之内就可以开发出成品。如果需要提高可靠度,可以采用冗余结构,即采用多套系统相互独立。