Diseño e implementación de un equipo de medida de temperatura de alta resolución basado en el analog front-end ADS1247

Abstract

[ES] El objetivo del presente trabajo es el diseño de un equipo de reducidas dimensiones capaz de monitorizar la temperatura en un amplio rango (desde -200ºC hasta 850ºC), con una elevada resolución (inferior a las décimas de grado) y con capacidad de envío de la información a un ordenador. Para ello se ha escogido una configuración basada en un microcontrolador que se comunicará con el PC mediante comunicación USB, que configurará el circuito integrado de adquisición (el analog front-end ADS1247) y recibirá de éste los valores de las medidas. Todo ello se realizará bajo el compromiso de un reducido consumo (algo muy importante ya que la alimentación de todo el equipo provendrá del propio conector de la comunicación USB). Como sensor de temperatura se escoge una Pt100 (si bien el circuito integrado admite también otros tipos de sensores de temperatura, tales como termopares). La enumeración de las acciones llevadas a cabo para la implementación del sistema han sido las siguientes: diseño del esquemático del circuito electrónico, diseño de la placa de circuito impreso, montaje de los componentes, mecanizado de la caja envolvente, programación del firmware del microcontrolador y selección del programa receptor de la información en el ordenador, para su posterior almacenamiento y procesado. Todo ello ha sido llevado a cabo de manera adecuada, disponiendo en la actualidad de un prototipo funcional que ha sido empleado como banco de ensayo para la comparación de distintas formas de medir la temperatura en configuración del sensor a 2 hilos, a 3 hilos y a 4 hilos.

[EN] The objective of the present work is the design of a device of reduced dimensions capable of monitoring the temperature in a wide range (-200ºC ... 850ºC), with a high resolution (less than tenths of a degree) and with the ability to send information to a computer. For this purpose, a configuration based on a microcontroller has been chosen that will communicate with the PC through USB communication, which will configure the integrated acquisition circuit (the ADS1247 front-end analog) and will receive the measurement values from it. All this will be done under the commitment of a reduced consumption (something very important since the power of all the equipment will come from the connector of the USB communication itself). A Pt100 is chosen as the temperature sensor (although the integrated circuit also supports other types of temperature sensors, such as thermocouples). The enumeration of the actions carried out for the implementation of the system have been the following: design of the schematic of the electronic circuit, design of the printed circuit board, assembly of the components, machining of the enclosure, programming of the firmware of the microcontroller and selection of the program receiving the information in the computer, for its later storage and processing. All this has been carried out in an appropriate way, currently having a functional prototype that has been used as a test bench for the comparison of different ways of measuring the temperature in the configuration of the sensor with 2-wire, 3-wire and 4-wire connection.

[CA] L’objectiu del present treball és el diseny d’un equip de reduïdes dimensions capaç de monitoritzar la temperatura en un ampli rang (-200ºC … 850ºC), amb una elevada resolució (inferior a les dècimes de grau) i amb una capacitat d’enviament de la informació a un ordinador. És per tot això que s’ha escollit una configuració basada en un microcontrolador que es comunicarà amb el PC mitjançant comunicació USB, que configurarà el circuit integrat d’adquisició (l’anàlog front-end ADS1247) i rebrà d’aquest els valors de les mesures. Tot això es realitzarà sota el compromís d’un consum reduït (una cosa molt important ja que l’alimentació de tot l’equip provindrà del propi connector de la comunicació USB). Com sensor de temperatura es tria una Pt100 (si bé el circuit integrat admet també altres tipus de sensors de temperatura, com ara els termoparells). L'enumeració de les accions dutes a terme per a la implementació del sistema han estat les següents: disseny de l'esquemàtic del circuit electrònic, disseny de la placa de circuit imprès, muntatge dels components, mecanització de la caixa envoltant, programació del firmware del microcontrolador i selecció del programa receptor de la informació a l'ordinador, per al seu posterior emmagatzematge i processat. Tot això ha estat dut a terme de manera adequada, disposant en l'actualitat d'un prototip funcional que ha estat emprat com a banc d'assaig per a la comparació de diferents formes de mesurar la temperatura en configuració del sensor a 2 fils, a 3 fils i a 4 fils.