高精度测温系统的研制

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基于AT89C51单片机的高精度测温系统的研制

基于AT89C51单片机的高精度测温系统的研制

2、测试结果分析本Байду номын сангаас统的测试 结果如下表所示:
根据测试结果,本系统在各个温度点的测量精度均优于±0.1℃,重复精度 优于±0.05℃,响应时间在3s以内。结果表明,本系统具有高精度、快速响应的 特点。
然而,在测试过程中,发现系统在温度波动较大的情况下可能会出现一定误 差。这主要是因为温度波动会对ADC的模数转换精度产生影响。为解决这一问题, 可以采取软件滤波的方法,对ADC读取的数值进行平滑处理,以减小温度波动对 测量结果的影响。
二、硬件选择与配置
1、温度传感器:本系统采用DS18B20数字温度传感器,它具有测量精度高、 抗干扰能力强、输出信号稳定等优点。DS18B20与AT89C51通过一线通信接口相连, 减少了线路的复杂性。
2、AT89C51单片机:AT89C51单片机是一种常用的微控制器,具有高性能、 低功耗、易于编程等优点。它通过一线通信接口与DS18B20相连,接收并处理传 感器的信号。
2、温度读取程序:通过AT89C51的单线通信接口,从DS18B20读取温度数据。
3、数据处理程序:对读取的温度数据进行处理,包括数据的滤波、线性化 等处理。
4、显示程序:将处理后的温度数据通过LCD液晶显示屏显示出来。
四、系统测试与优化
在完成硬件组装和软件编程后,我们对系统进行了测试。测试结果表明,该 系统的测温精度达到了±0.5℃,满足设计要求。
五、结论与展望
本次演示成功设计了一款基于51单片机的高精度测温系统,通过软硬件结合 的方式实现了准确、快速的温度测量。测试结果表明,系统在各个温度点的测量 精度和重复精度均表现出色,同时具有快速响应的特点。然而,在温度波动较大 的情况下,系统可能会出现一定误差,可通过软件滤波的方法加以改进。

基于51单片机的高精度测温系统的设计

基于51单片机的高精度测温系统的设计

基于51单片机的高精度测温系统的设计周鸿雁1,沙力妮2(1.大庆师范学院机电工程学院,黑龙江大庆163712;2.大庆油田技术监督中心,黑龙江大庆163453)摘 要:通过51单片机和PT100铂电阻实现了对温度的精确测定,可以实现在-50℃~+600℃测温范围之间,准确测定出相应环境下的温度,并用LCD1602液晶显示器将实时温度显示出来㊂在此基础上增加控温报警模块,实现温度超限报警功能㊂关键词:高精度测温;STC89C52单片机;LCD1602显示器;PT100温度传感器作者简介:周鸿雁(1963 ),男,黑龙江大庆人,副教授,从事单片机应用方面的研究㊂DOI 编码:10.13356/ki.jdnu.2095-0063.2020.03.015中图分类号:TP36 文献标识码:A 文章编号:2095-0063(2020)03-0111-05 收稿日期:2019-12-061 引 言本次设计的温度测量系统要求可以实现在-50℃~+600℃测温范围之间,准确测定出相应环境下的温度,并用LCD1602液晶显示器将实时温度显示出来,应用三线制PT100铂电阻测定,通过转换保证其测温的分辨力在0.01℃左右,测温的准确度在0.5℃左右㊂2 系统结构该系统是一个可以准确测量温度的高精度测温系统,核心由STC89C52单片机控制,其中主要包含的模块有3个:温度检测模块㊁温度显示模块以及按键模块,根据实际需要通过按键设定控制温度区间,当测量的温度超出区间值时,单片机按键及温度测量模块㊁显示模块㊁报警及指使模块㊁电源模块各个小模块同时反应,使单片机驱动报警电路,同时显示模块可显示当前的温度值,按键模块采用普通按键操作方式㊂①系统总体框架图如图2-1所示㊂图2-1 系统总体框架图111第40卷 第3期 大庆师范学院学报 Vol.40 No.3 2020年5月 JOURNAL OF DAQING NORMAL UNIVERSITY May,2020①顾吉林㊁刘淼㊁耿杨等:‘基于PT100的高精度温度测量电路的设计“,‘测控技术“2018年第5期,第101 103页㊂3 系统整体设计该设计以PT100铂电阻作为测温传感器,基于AT89C52单片机设计出高精度测温系统㊂温度传感器测量结果经转换后,通过高精度显示屏显示出实时温度数值㊂逐步优化使测量误差在较小的范围内㊂3.1 硬件电路的设计系统使用STC89C52单片机作为主控制单元,其主要功能是实时监控温度数值㊂并依据对铂电阻的非线性了解,进行优化提高系统的精确度,实现测温系统对测量的实时性和精确性,使其达到既定标准㊂由于单片机带有定时中断和A /D 转换器㊂基于以上几点,单片机可以充分发挥其既有功能,优势明显㊂①单片机主控电路如图3-1所示㊂图3-1 单片机主控电路3.2 按键模块本设计共设置有五个按键,其中除去一个复位按键控制系统重新上电,剩下四个来控制设定温度上下限,以及转换界面㊂左边第一个是转换到当前测温界面,第二个是温度设定值减键,第三个是温度设定值加键,最后一个是转换到温度设定上下限的界面㊂每一个按键基本都会有一定的抖动时间,其长短与开关机械特性有一定的关系,通常时长为5~10ms,在系统的程序中输入了防止抖动的相应程序,使整体更加准确,按键模块的示意图如图3-2所示㊂图3-2 按键电路示意图211大庆师范学院学报2020年第3期Journal of Daqing Normal University No.3,2020①贾平平:‘基于STC89C52单片机的测温仪设计“,‘黑龙江科技信息“2014年第27期,第136页㊂3.3 温度测量模块PT100是当前最受欢迎的测温元件,特别是在-50~600℃之间其高精度㊁高稳定性,以及抗干扰性都是其他元器件达不到的㊂PT100在配上单片机的高性能,塑造出的测温系统更是被广泛应用㊂对于PT100它的三线制接法是最符合本次设计的核心目标的,三线制常用的采样电路有两种:桥式测温电路和恒流源式测温电路,两种电路的转换方式不同,但最终都是将信号处理到可直接连AD 转换芯片的标准㊂将PT100电阻发生变化产生的电压先通过放大器放大后,再由A /D 转换器将信号转换,最终传送给单片机㊂①所谓三线制要求从中引出三根线且长度横截面等必须完全相同,而对铂电阻进行测量的电路通常用不平衡电桥铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻,再将导线其中一根接到电桥的电源端,剩余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这种设计的优点是将PT100的两侧相等的导线长度分别加在两侧的桥臂上,使得导线电阻得以消除,原理简单且实用性强,所以工业上一般都采用三线制接法,如图3-3所示㊂②图3-3 PT100电路示意图3.4 A /D 转换电路本次设计的关键一步就是A /D 转换㊂通常在使用PT100测温是都会配合着LM538,而它的作用就是把测得的数据进行转换㊂LM538进行的信号处理主要包括两个方面,首先是对A /D 进行滤波处理,然后就是将A /D 值向实际的温度进行转换㊂在实际应用中总会不可避免地因为检测环境的外部干扰或电路内部的一些因素产生的影响,使采集到的信号与实际的信号产生一些小的偏差,为了尽可能地减少偏差提高精确度,所以在实际采样中都是检测18个点,然后去除最偏离的最大最小值,将剩余的16个点进行取平均值计算㊂TLC2543是12位的开关电容型逐次逼近模数转换器,它有11个模拟输入通道,具有66ksps 的采样速率,其最大转换时间为10μs,使用SPI 串行接口,线性度误差最大为±1LSB,在本次设计中它的作用是将温度信号进行处理,达到更高精度在传递给核心单片机内部㊂③3.5 显示模块本系统采用LCD1602液晶显示,1602使用非常方便且可以清晰的显示所需要的内容,优势非常明显,1602是特殊的可以用于显示字母㊁数字㊁符号的液晶显示模块㊂LCD1602在使用时光标是自动移动到合适位置的,不需要人工再进行调整㊂1602液晶模块内的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形,且每一个字符都有其对应的一个311 基于51单片机的高精度测温系统的设计①②③王青:‘基于PT100的温度测控系统的设计与仿真“,‘计算机测量与控制“2019年第9期,第47 50页㊂刘伟㊁李晶:‘三线制PT100热电阻测温电路的设计“,‘河南科技“2014年第7期,第212页㊂侯建华:‘基于TLC2543L 的A /D 转换模板的设计“,‘机电产品开发与创新“2007年第1期,第164 1650页㊂固定代码,显示时模块只需把地址中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到所需的图形,而且在使用过程中液晶显示模块耗电量较少㊂①3.6 电源控温报警模块该系统的控温报警模块主要由单片机通过PT100铂热电阻测温功能来实现,当测温开始后,测得温度高于或低于初始设定温度时,蜂鸣器便报警,提醒人们立刻进行降温或升温操作,防止产品由于温度原因影响质量而造成损失㊂其中蜂鸣器是是属于直流电压供电的一体化电子发声器件㊂蜂鸣器电路基本都用来进行系统报警,当系统测定当前温度不在预设的温度区间后,则通过内部电路接通蜂鸣器进行报警㊂4 系统软件设计该系统的软件设计是将各个子程序嵌入主程序中,各个子程序模块可以根据电路来设计㊂这样做使得编程非常简单,并且可以使得各子程序与硬件相对应,如果发生错误,调节起来非常方便㊂4.1 系统主程序流程图系统主程序流程图如图4-1所示㊂单片机初始化结束后,首先写入显示程序函数和独立按键程序函数,然后再加入测温程序函数,并调节温度感应灵敏度达到理想的效果,之后再加入温度报警程序函数和蜂鸣器报警函数㊂内部整机系统工作流程:单片机初始化----启动A /D 转换系统-----读取A /D 转换数值------计算电阻值-----测定温度值-----温度数据调整-------液晶屏显示温度㊂ 图4-1 系统主程序流程图 图4-2 报警系统流程图 4.2 报警系统流程图温度报警器是通过设置温度值以及上下限,检测环境中的温度是否超过最初的设定范围来实现警示报警功能的仪器㊂报警程序电路前要通过的电路包括信号采集处理A /D 转换电路㊁单片机控制电路㊁译码显示电路㊁蜂鸣器和报警电路,还有比较器组成的,用STC89C52单片机作为核心器件,传送并分析信息,结合硬件电路形成温度报警系统,左右设计思想为通过硬件设计,再利用软件实现㊂总体设计框图展示为下图4-2所示:5 测试实验为了证明PT100温度传感器可以较为准确地进行温度测量并且在超出设定温度上下限时会触发蜂鸣器报警,因此依次选择了室温㊁在空调下的设定温度以及冰箱冷冻室作为测温环境㊂411大庆师范学院学报2020年第3期Journal of Daqing Normal University No.3,2020①李晓磊:‘智能温度测量系统设计“,‘电脑与电信“2019年第6期,第29 33页㊂ 基于51单片机的高精度测温系统的设计如下表5-1所示,本设计在不同环境中进行的温度测试,误差在0.5℃左右,基本满足设计要求,并且在我设定温度上下限为20~30℃的区间情况下,本设计在进行冰箱冷冻室测温显示出数值后同时蜂鸣器发出报警㊂表5-1 实物在不同温度环境中的测试测试环境实际温度测试温度误差冰箱的冷冻室 1.2℃ 1.23℃0.03℃室温23.6℃23.45℃0.15℃空调环境下的温度25.2℃25.46℃0.26℃结 论本次设计主要通过51单片机和PT100铂电阻实现了对温度的精确测定,然后通过LCD1602液晶显示温度,在完成的过程中查阅相关资料,了解各个元件用途原理,从而对整个电路进行设计,原理图的布线绘制,尽可能在保证预期目标实现的前提下降低成本㊂在设计完成之后,将各个模块元件进行组装,实物线路之间进行焊接,设计合理的程序并通过仿真软件模拟仿真,实物焊接时要特别注意,元件正负极焊接以及含引脚器件的引脚焊接,最后经过仔细核对电路图㊁元件各个管脚,并且用万用表检查每一个管脚和电路,证明没问题后,在不同的环境中对设计的成果进行检验,分别在室温㊁在空调的设定温度以及冰箱冷冻室进行检测,基本误差保持在0.5℃左右,其结果基本保证准确测量以及在设定温度范围外及时报警,实现设计预期目标,其发展的前景是良好的㊂[责任编辑:金天坤] Design of High Precision Temperature MeasuringSystem Based on51Single Chip MicrocomputerZHOU Hong-yan1SHA Li-ni2(1.Daqing Normal University,Dqing,Heilongjiang163712;2.Daqing Oilfield TechnicalSupervision Centre,Dqing,Heilongjiang163453,China)Abstract:51single chip microcomputer and PT100platinum resistance help measure temperature, which then is controlled in the range of-50℃~+600℃.The corresponding environment temperature can be accurately measured,and the real-time temperature can be displayed by LCD1602LCD.On this basis,the temperature control alarm module is added to realize the temperature over limit alarm function.Keywords:high precision temperature measurement;STC89C52single chip microcomputer; LCD1602display;PT100temperature sensor511。

基于近红外光谱的高精度测温系统

基于近红外光谱的高精度测温系统

引 言
目 前 双 波 长 红 外 测 温 技 术 广 泛 应 用 于 现 代 工 业 领 1, 2] ,它受被测物 体 比 辐 射 率 的 影 响 小 ,能 排 除 中 性 介 质 域[
3, 4] ,特 别 适 用 于 测 量 局 部 被 遮 挡 或 的影响并且抗干扰 性 强 [ 5] 。但是在 一 些 复 杂 环 境 下 测 无法充满测量视场的目标温度 [

珟D = E
珟 ∑E
P=1

d =A

=A 1-R e ) 1-re ) ( (
2 i



( ) 2
2 2 珟D 为总透射光 , , , 则 E R =r D =d R +D = 1。 其中 ,
透射光强度为 ( 1-R) I =( 2 2 ( / )0 1-R) R s i n 2 +4 / n h c o s 6 0 ° 其中 , π λ。 φ =4
3 2 3 7
滤光系统得到两个单色光谱 ,由红外探测 器 接 受 转 换 成 电 信 号得到两单色光谱的辐射功率比 ,将其代 入 测 温 公 式 即 可 求 出物体温度 。单级干涉滤光片 滤 波 原 理 如 图 2 所 示 ,当 一 束 非单色光以 6 角入 射 ,各 光 束 在 标 准 平 面 之 间 来 回 反 射 形 0 ° 成一系列彼此光程 差 为 2 沿同一方向出射的透射光 n h c o s 6 0 ° 束 。假设介质无吸收 ,不 考 虑 两 外 侧 界 面 的 反 射 时 ,设 入 射 光振幅为 A,入射光束在上界 面 入 射 点 处 初 相 位 为 零 ,即 入
F i . 1 T h e w o r k i n s c h e m a t i c d i a r a m o f g g g i n f r a r e d t e m e r a t u r e m e a s u r e m e n t p

高精度温度测量系统设计

高精度温度测量系统设计

8# 亮度控制寄存器 $ 该寄存器通常用于数字控 制方式 $ 利用其 23:2; 位控制内部脉冲宽度调制 2)@ 的占空比来控制 412 段电流的平均值 $ 实现 412 的亮度控制 ! 23:2; 取值可从 ;;;;:----$ 对 应电 流 占 空 比 则 从 - A 3, 变 化 到 3- A 3,$ 共 -7 级 $ 23:2; 的值越大 $412 显示越亮 ! 而亮度控制寄存
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总线与网络 间 脉 冲 !"# 由 $%&’’ 的 (") 脚 产 生 ! $%&’’ 的
‘ TUAF ABAMV2(34/+%QR Y S S 初始化 2(34/+% WGBMV");Q <a<&<+ RZ S b 置 "); 为正常状态 b S WGBMV");Q 6a6(65 RZ S b 置 "); 亮度为 % S 1/ b S WGBMV");Q 6a6c61 RZ S b 置 ")0 扫描范围 08d8e6f1 b S WGBMV");Q 6a6%6[ RZ S b 置 ");6g1 位译码方式 b S ‘ TUAF FAWXQR YWGBMV")0QFNMNW^<_RZ WGBMV")0QFNMNW^+_RZ ‘
数 ! 该寄存器的 2,:2; " 低 三 位 # 指 定 要 扫 描 的 位 数 $ 支持 ;:+ 位 $ 各数位均以 -=3>?( 的扫描频率被 分路驱动 !
,#2DEF$ 串行数据输出端 ! 进入 G0H 的数据在 -7=B 个时钟后送到 2DEF 端 $ 以便在级联时传送到 下一片 &/*+,-9 ! 3#0IJK$412 段峰值电流提供端 ! 它通过一只电 阻与电源相连 $ 以便给 412 段提供峰值电流 ! 8#@4$ $ 串 行 时 钟 输 入 端 ! 最 高 输 入 频 率 为 -;&L( $ 在 @4$ 的 上 升 沿 $ 数 据 被 移 入 内 部 移 位 寄 存器 ! 在 @4$ 的下降沿 $ 数据被移至 2DEF 端 !

基于PT1000的高精度温度测量系统

基于PT1000的高精度温度测量系统

基于PT1000的高精度温度测量系统时间:2010-12-14 18:32:17 来源:电子设计工程作者:方益喜雷开卓屈健康刘奎乔子椋杨海波精密化学、生物医药、精细化工、精密仪器等领域对温度控制精度的要求极高,而温度控制的核心正是温度测量。

采用铂电阻测量温度是一种有效的高精度温度测量方法,但具有以下难点:引线电阻、自热效应、元器件漂移和铂电阻传感器精度。

其中,减小引线电阻的影响是高精度测量的关键点。

对于自热效应,根据元件发热公式P=I2R,必须使流过元件的电流足够小才能使其发热量小,传感器才能检测出正确的温度。

但是过小的电流又会使信噪比下降,精度更是难以保证。

此外,一些元器件和仪器很难满足元器件漂移和铂电阻传感器精度的要求。

易先军等提出了以铂电阻为测温元件的高精度温度测量方案,解决了高精度测量对硬件电路的一些苛刻要求问题,但是精度不佳(±0.4 ℃);杨彦伟提出了以MAX1402、AT89C51和Pt500铂电阻设计的精密温度测量系统方案解决了基本的高精度问题,但是系统功耗大,精度仍然不佳;李波等提出采用以负温度系数热敏电阻为核心的高精度测量方案,较好解决了高精度的问题,但是性价比不高,实施效果不佳,测温分辨率能达到0.01℃,测温准确度只达到O.1℃。

这里提出采用三线制恒流源驱动方案克服引线电阻、自热效应,利用单片机系统校正控制方案实现元器件漂移和铂电阻传感器精度校准,最后在上位机中采用MLS数值算法实现噪声抵消,大大提高了温度测量精度和稳定度。

1 高精度测量方案及原理铂电阻传感器是利用金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化的物理特性而制成的温度传感器。

以铂电阻作为测温元件进行温度测量的关键是要能准确地测量出铂电阻传感器的电阻值。

按照IEC751国际标准,现在常用的Pt1000(Ro=1 000 Ω)是以温度系数TCR=0.003 851为标准统一设计的铂电阻。

其温度电阻特性是:本温度测量系统采用三线制恒流源驱动法驱动铂电阻传感器。

基于AT89C51单片机的高精度测温系统的研制

基于AT89C51单片机的高精度测温系统的研制

duced,in the system a kind of platinum resistor Pt l 00 is used as the temperature sensor and the least square method is applied to eliminate the non—linearity of Ptl00 platinum resistor.In the system a 24 bit∑一A analog to digital conversion AD7714 was applied,using AD7714 makes the resolving—rate of measuring system arrive at 0.001℃.The least square method optimization makes the measuring error less than 0.01%。
(1)
令:R,一R。一5.1k12,
设R。一R。+R。。,R。=R。(At+Bt2)
式(1)可表示为:
Uo一一(Ro+R1)u(I再‘’R1 R1+ia,)R△ K“t
(Lz2J)
将AD7714可编程放大器PGA的增益设为K。一
20.2638,因此:
u。一丽菇拱杀面R△t 。‘ (R。+R。)(R。+R,+R。)““
5结

图2两张典型的操作画面
标定原理:由于DA码值和输出信号成正比且线 性。根据此特性,只需要标定准确的4mA和20mA对 应的码值,中间值输出只需进行线性变换计算即可。
DA输出对应的仪表内部码值范围为0x0000~
OxFFFF
设rn为4mA对应码值,n为20mA对应码值 y,为待测电流1,Y:为待测电流2

高精度温度监测、变送系统的研制

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存储 容量 为 8 K字 节 。它 是 支 持 I I C总 线协 议 读 写
1 系统 组 成
的一 种外 部 存 器 器 , 主 要 作 用 是 存 储 系 统 参 数 , 其 如: 温度量 程 , 上下 限报警 , 头 的型号等 。 探
A D转换 器 : 于 温度 采 集 系统 , / / 对 A D转 换 器
MAX1 02 wi 8一btr s l to 4 t 1 h i e ou in A/D o v re .I mph sz st u c in o y tm n t a d r c n e tr te a ie hef n to fs se a d ish r wa e
提 供 4~ 0 A标 准 电流 供 其 他 控 制 系 统 用 。下 位 2m
段风云 , : 等 高精 度 温度监 测 、 变送 系统 的研 制
17 7
2 软 件 构 成
该 系统 软件 包括 下位 单 片机 软件 部分 和上 位机
务程序 ha l g; fa _ lg= S BUF ;
a o wa e nd s f r . t K e o ds: mo i rn e e aur yw r n t i g t mp r t e; MCU ; A/D o v ne o cn e r
随着 工业 现场 对 温 度 的 监测 越 来 越 严 格 , 市场
单片 机在设 置 系统 参数 之后 可 脱 离 上 位机 , 独立 在
!= 塑
CN1 一 l 5 N 2 3 2/





第 1 5卷
第 4期
21 0 2年 8月
Ap . 0 2 r2 1

《基于环境温度自适应的高精度体温检测系统》范文

《基于环境温度自适应的高精度体温检测系统》范文

《基于环境温度自适应的高精度体温检测系统》篇一一、引言随着人们对健康管理重视程度的提升,体温检测成为了日常生活与医疗领域的重要环节。

传统体温检测方式如水银温度计、红外线测温仪等,虽然简便易用,但在精度、稳定性和环境适应性等方面存在一定局限性。

因此,开发一种基于环境温度自适应的高精度体温检测系统具有重要的实际应用价值。

本文将就该系统的设计理念、实现方式及应用场景等方面进行详细介绍。

二、系统设计理念基于环境温度自适应的高精度体温检测系统,旨在通过先进的传感器技术和算法优化,实现对人体体温的高精度测量,同时能够根据环境温度进行自适应调整,提高系统的稳定性和可靠性。

该系统以人体舒适度为出发点,结合现代科技手段,为人们提供更为便捷、准确的体温检测体验。

三、系统实现方式1. 硬件设计本系统采用高精度的温度传感器,能够实时监测人体体温和环境温度。

同时,为了确保数据的准确性和稳定性,系统还配备了数据滤波模块和抗干扰电路。

此外,系统还包含一个微处理器模块,用于处理传感器采集的数据,并进行环境温度的自动适应调整。

2. 软件算法本系统的软件部分主要包括数据采集、数据处理和环境温度自适应算法。

数据采集模块负责实时获取传感器数据,数据处理模块则对采集的数据进行滤波、计算和存储。

环境温度自适应算法是本系统的核心部分,它能够根据当前环境温度对测量结果进行自动调整,以提高测量精度和稳定性。

四、系统功能特点1. 高精度测量:本系统采用高精度的温度传感器,能够实现对人体体温的精确测量。

2. 环境温度自适应:系统能够根据当前环境温度进行自动调整,提高测量结果的稳定性和准确性。

3. 操作简便:系统操作简单,用户只需将传感器置于人体相应部位即可快速获取体温数据。

4. 数据存储与分享:系统支持数据存储和分享功能,方便用户查看历史数据和与他人分享测量结果。

5. 抗干扰能力强:系统采用抗干扰电路和数据滤波模块,有效降低外界干扰对测量结果的影响。

高精度温度测量系统的设计

高精度温度测量系统的设计

文章编号:1009-671X (2005)12-0027-03高精度温度测量系统的设计蔡成涛,朱齐丹,李新飞(哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001)摘 要:介绍了利用高精度温度传感器AD590以及LMX31系列的V ΠF 变换芯片构建的高精度温度测量系统,并运用MAX354芯片实现了8通道的循环检测功能.对系统的测量结果运用C 语言在基于单片机的平台上进行了解算.给出了一种实用的高精度温度测量系统设计,在硬件电路、元件选型以及软件设计思路给出了明确方案.经过实际应用表明,此系统实现了高精度的温度测量.关键词:AD590;LMX31;V ΠF 变换;MAX354;单片机;温度测量中图分类号:TP13 文献标识码:A收稿日期:2005-03-21.作者简介:蔡成涛(1980-),男,博士研究生,主要研究方向:智能控制.Design of the high -accuracy temperature measurement systemCA I Cheng-tao ,ZHU Qi-dan ,L I Xin-fei(School of Automation ,Harbin Engineering University ,Harbin 150001,China )Abstract :This paper mainly describes the method of the high-accuracy temperature measurement system using high -accuracy temperature sensor AD590and LMX31series V ΠF conversion chip.Moreover MAX354chip is employed to realize 8-way circulation measurements.The measured data are processed on the singlechip-based platform running on C language.Through practical application ,this system has realized high-accuracy tempera 2ture measurement.K eyw ords :AD590;LMX31;V ΠF conversion ;MAX354;singlechip ;temperature measurement 在工程实践中,经常需要对系统的温度进行测量.对于要求不是很高的温度测量是很容易实现的,但是对于要求高精度、宽范围并且长距离传输的温度测量就不能采用一般的测量方法.这主要是因为在工程实践测量中,测量系统的工作条件往往是很苛刻的,特别是对模拟信号的长距离传输,其抗干扰技术要求就更高了.干扰进入系统的渠道主要有3条:1)空间干扰(场干扰):干扰以电磁波辐射方式进入系统;2)供电系统的干扰:干扰通过电源通道进入系统;3)过程通道干扰:干扰通过与主机相联的前向通道、后向通道及与其他主机的相互通道进入系统[1].一般情况下,干扰都是以脉冲的形式进入系统的.因此对于目前的测量系统要求:测量范围-40~+60℃,测量精度±0.5%(±0.5℃),测量路数:8路.采用前端选用高精度温度传感器,传输通道选用V ΠF 变换,通道选择选用多电子开关,数据处理选用高性能单片机的设计方案来完成系统的要求[2-3].1 系统硬件线路设计111 前端采集电路设计 为了满足系统的要求,前端温度采集传感器选用AD 公司的高精度温度传感器AD590,它具有如下特点:1)线性电流输出:1μA ΠK;2)宽温度测量范围:-55~+150℃;3)宽供电范围:4~30V ;4)线性度在全测量范围内:±013℃;5)低功耗:工作时只有2mW 左右.为了得到电压信号,把AD590和10k Ω的精密电阻串联,这样得到的温度-电压输出特性为:10mV ΠK.为了增加驱动能力,在电压采集端接一跟随器,得到与温度对应的电压值.具体的接线电路如图1所示.112 传输通道V ΠF 变换设计为了实现信号的长距离传输,避免现场干扰,对第32卷第12期 应 用 科 技 Vol.32,№.122005年12月 Applied Science and Technology Dec.2005图1 前端采集电路图采集电路得到的电压值进行V ΠF (电压-频率)的变换,在传输通道中传递脉冲信号,提高了信号传输的可靠性.V ΠF 转换选用LMx31系列的芯片.LMx31系列包括LM131ΠLM231ΠLM331,是通用型的V ΠF 变换器.适用于A ΠD 转换器、高精度F ΠV 转换器、长时间积分器、线性频率调制或解调等电路.它的主要特性:1)宽频率范围:1~100kHz ;2)低的非线性:±0.01%;3)单双电源供电均可;4)低功耗:V s =5V 时为15mW.LMx31的V ΠF 转换的外部接线图如图2所示.图2 V ΠF 转换电路图电路特性:输入电压范围:V in =0~10V ;输出频率:10Hz ~11kHz ;输出频率:f out =V in2109×R SR L×1R t C t.输入电阻R in 为100k Ω±10%,使脚7偏流抵消脚6偏流的影响,从而减小频率的偏差.R s 应为14kΩ,这里用1只12k Ω的固定电阻和1只5k Ω的可调电阻串联组成,它的作用是调整LMX31的增益偏差和由R L 、R t 和C t 引起的偏差.C in 为滤波电容,一般C in 在0101~011μF 之间较为合适,在滤波效果较好的情况下,可使用1μF 的电容.当脚6和脚7的R C 时间常数匹配时,输入电压的阶跃变化将引起输出频率的阶跃变化,如果C in 比C L 小的多,那么输入电压的阶跃变化可能会使输出频率瞬间停止.脚6的47Ω电阻和1μF 电容器串联可产生滞后效应,以获得良好的线性度.为了提高精度和稳定性,阻容元件要选用低温度系数的器件,最好是金属膜电阻和聚苯乙烯或聚丙烯电容器[4].1.3 多路电子开关电路设计在系统中共要测量8个点的温度,为了节省单片机的I ΠO 口,选用多路电子开关器件进行采集通道的切换.在系统中选用MAXIM 公司的MAX354芯片.它是1种8通道选1的模拟开关,它有1个公共的COM 输出端和8个输入通道,每路通道的选通由地址码A 0,A 1,A 2这3个二进制输入端经译码后进行控制,地址线A 0,A 1,A 2分别接单片机的P 010,P 011,P 012管脚,以实现选择其中1个开关.EN为使能端,可选通和关闭地址译码器件的所有通道.MAX354的功能方块图和真值表如图3所示.图3 MAX354的功能方块图和真值表1.4 数据处理系统设计经过MAX354后的脉冲信号为对应测量温度・82・应 用 科 技 第32卷的频率值.由于V ΠF 变换后的输出频率较低,如果用其作为计数脉冲,则会降低精度,因此采用测周期的方法,V ΠF 变换后的输出频率经D 触发器二分频后,接至单片机的P 110口,作为T 0定时器的控制信号.T 0计数器设置在定时状态,取方式1,将TMOD.3(G A TE )置0,这样就由T R 0控制计数器是否工作.不过这种接法只能测量小于65535个机器周期的信号周期[5].接线图如图4所示.图4 分频接线图2 系统软件设计单片机中的处理程序采用C 语言编写,程序的流程图如图5所示.图5 程序流程图 程序的设计思想是单片机定时器T 0采用方式1,查询P 1.0口的电平信号,直到P 110为高,置T R 0为1,继续查询P 1.0口的电平信号,直到P 1.0为低,置T R 0为0.此时,定时器T 0中的数据与单片机晶振频率的1Π12所代表的时间间隔的乘积就是输出脉冲的周期.根据一定的线性关系,计算得到测量的温度值,通过串行通信给上位机进行显示和控制.程序中最主要的工作是确定周期值(实际上是计数器的计数值)和温度之间的关系,它的精确与否直接关系到测量的精度.为此,将温度传感器放置在电热恒温箱中,多次测量输出的频率值,最后采用MA TLAB 进行直线拟合[6],得到计数值N 和温度T 的线性方程:T =f (N ).3 结束语运用上述的方式构建的温度测量系统在实际工程使用中,测量精度完全满足±0.5℃的要求,并且在低温的情况下运行良好.在温度有瞬时变化的情况下的响应速度也能满足系统的要求.参考文献:[1]李朝青.单片机原理及接口技术[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2003.[2]李文英,刘 星.微机原理与接口技术[M ].北京:清华大学出版社,2001.[3]张毅刚,彭喜源.MCS -51单片机应用设计[M ].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997.[4]李 华.MCS -51系列单片机实用接口技术[M ].北京:北京航空航天大学出版社,1993.[5]赵 亮,侯国锐.单片机C 语言编程与实例[M ].北京:人民邮电出版社,2004.[6]张志涌.精通MA TLAB [M ].北京:北京航空航天大学出版社,2004.[责任编辑:姜海丽]・92・第12期 蔡成涛,等:高精度温度测量系统的设计。

高精度温度测量系统

高精度温度测量系统

高精度温度测量系统凌琦(自动化与电气工程学院指导教师:潘文诚)摘要:温度测量是工业、农业、国防和科研等部门最普遍的测量项目。

它在工农生产、现代科学研究及高新技术开发过程中也是一个极其普遍而重要的测量参数。

温度测量在保证产品质量,提高生产效率,节约能源,安全生产,促进国民经济发展等诸多方面起到了至关重要的作用。

对于一些对温度测量的精度有一定要求企业和单位来说,但如果直接去购买超高精度的温度测量仪器不仅是浪费资金,更是没有必要。

所以研制和开发具有一定高精度的温度测量仪是非常有必要的。

运用铂电阻和单片机来开发高精度温度测量系统在国内也是有一些单位在研发,但各单位所能达到的测温精度却有很大的差异,毕竟用单片机来开发温度测量系统,对于硬件的设计和软件编程有很高的要求。

可以说,真正通过铂电阻和单片机来实现一定的测温精度并作为一个产品推出的,在国内还是相当少的。

本设计的温度测量系统,测量精度可达到0.03℃,分辨率为0.001℃,可以说在国内同类产品中很少能达到这样的要求,有很好的市场价值。

关键词:温度测量;高精度;单片机Abstract:Temperature measurement is the universal subject for industry, agriculture, Ministry of Defense, scientific research and so on. It’s also a universal and important testing parameter in the development of agriculture, modern scientific research and high and new technology. Temperature measurement plays a very important role in many aspects such as: quality assurances boost productivity, energy conservation, safety in production, promote state economic development. As to some enterprise and public institution who have certain requires for accuracy of temperature measurement, it’s nonsense and waste money to buy the high accuracy temperature measurement equipment. So is necessarily to research and develop the high quality temperature measuring set. There are some institutions in home using platinum resistor and singlechip (MCM) to research and develop high precision temperature measurement system. As the requires for hardware design and software assembler is very high, the precision result differ much. In fact there are few product that use platinum resistor and singlechip (MCM) to control ( reach) accuracy. This design for temperature measurement system is rather advance, the precision can reaches to 0.03℃, resolving capability: 0.001℃.Keywords:temperature measurement;high precision;singlechip1前言在工业、农业、国防和科研各各部门,温度测量是其最普遍的测量项目。

基于TSIC506的高精度温度检测系统的设计

基于TSIC506的高精度温度检测系统的设计

基于TSIC506的高精度温度检测系统的设计佚名【摘要】以ATmega16单片机为控制核心,利用数字化温度传感器TSIC506实现高精度温度检测系统。

论述了该系统的硬件组成和软件设计,给出了系统总体结构及相应的ATmega16单片机温度测量程序。

实际应用表明,该温度检测系统具有结构简单、成本低、稳定实用等特点,可根据不同需要应用于多种工农业温度检测领域。

%A high precision temperature detecting system was designed by using the digital temperature sensor TSIC506 by taking ATmega16 as its control core. The hardware composition and software design of the system are discussed. The system over⁃all structure and corresponding temperature measuring program of ATmega16 are provided. The practical application indicate that the temperature detecting system has strong characteristics of simple structure,low cost high reliability,stable performance and practicality,it could be applied in various industrial and agricultural temperature measuring area in accordance with differ⁃ent requirements.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(000)013【总页数】4页(P134-137)【关键词】温度测量;TSIC506;ATmega16;串行通信【正文语种】中文【中图分类】TN911-34;TP216+.1温度是反映物体冷热状态的物理参数[1],在工农业生产、国防、科研等领域常常需要对温度进行检测和控制[2]。

一种基于SOC的高精度红外测温系统的设计

一种基于SOC的高精度红外测温系统的设计

一种基于SOC的高精度红外测温系统的设计关键字:SOC 高精度红外测温系统温度测量主要有两种方式:一种是传统的接触式测量,另一种是以红外测温为代表的非接触式测量。

传统的温度测量不仅反应速度慢,而且必须与被测物体接触。

红外测温以红外传感器为核心进行非接触式测量,特别适用于高温和危险场合的非接触测温,得到了广泛的应用。

本文将详细介绍如何设计基于SOC级微处理器的高精度红外测温系统,及其在电力温度检测、设备故障诊断方面的应用。

1.红外测温仪的工作原理自然界一切温度高于绝对零度的物体,都在不停地向外发出红外线。

物体发出的红外线能量大小及其波长分布同它的表面温度有密切关系,物体的辐射能量与温度的 4 次方成正比,其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合普朗克定律。

因此我们通过测量物体辐射出的红外能量的大小就能测定物体的表面温度。

微小的温度变化会引起明显的辐射能量变化,因此利用红外辐射测量温度的灵敏度很高。

实际物体的辐射度除了依赖于温度和波长外,还与构成该物体的材料性质及表面状态等因素有关。

只要引入一个随材料性质及表面状态变化的辐射系数,则就可把黑体的基本定律应用于实际物体。

这个辐射系数,就是发射率ε,或称之为比辐射率,其定义为实际物体与同温度黑体辐射性能之比,该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度,其值在0和1的数值之间。

红外测温仪的工作原理如图1所示:被测物体辐射出的红外能量通过空气传送到红外测温仪的物镜,物镜把红外线汇聚到红外探测器上,探测器将辐射能转换成电信号,又通过前置放大器、主放大器将信号放大、整形、滤波后,经过A/D转换电路处理后输入微处理器。

微处理器进行环境温度补偿,并对温度值进行校正后驱动显示电路显示温度值。

同时,微处理器还发出相应的报警信号,并且接受按键输入的发射率以完成发射率设定。

2.系统硬件设计本红外线温度检测系统主要由传感器A2PTMI﹑LM358有源滤波电路﹑AD转换电路﹑微处理器﹑显示电路等几个部分组成。

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摘要温度的精密控制对现代企业生产的影响越来越深,而高精度的温度测量技术是决定温度控制精度的前提。

随着温度控制精度的进一步提高,普通的测温传感器已经无法满足生产的需求,而且在现场的生产环境中存在大量的干扰,要求温度测量装置在满足高精度的前提下,还要求高稳定性和强抗干扰性。

本文在综合多种的测温技术方案的前提之下,决定采用MC9S12XS128单片机为核心控制芯片,以非平衡桥来驱动三线制Pt1000铂电阻测温电路,并且对温度测量系统中涉及的非平衡电桥、信号调理电路、控制算法等部分的机构和原理进行了初步研究。

系统通过单片机的片内A/D模块,把测温电桥的输出信号采集到单片机内部,再设定和调试相关参数,把温度数据通过RS232串口线上传给上位机,再由上位机进行控制及相关参数的实时显示和记录。

通过多次试验,该测温系统能够可靠的工作。

关键词:温度测量单片机RS232 电阻测温器┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊AbstractPrecise temperature control has the increasing influence on the modern enterprise producing, and high-precision temperature measurement technique is to determine the accuracy of temperature control of the premise. With the further improving of the precision of temperature control, the ordinary temperature sensor has been unable to meet production needs, and there is a lot of interference in the production environments. The temperature measuring devices has to meet the requirements under the premise of high accuracy, high stability and strong anti-interference also should be considered. After comparing the variety of temperature measurement we decided to adopt MC9S12XS128 microcontroller as the core control chip, the three-wire Pt1000 platinum resistance drived by unbalanced bridge as temperature measurement circuit. We studied signal conditioning circuitry, control algorithms and other parts of the body. The system sampled output signal of the bridge of the temperature to the internal microcontroller through A / D module, then set the relevant parameters, the temperature data via RS232 serial line to the host computer, and then be controlled by the host computer to display and to record related parameters. Through several experiments, the temperature measurement system can work reliably.Keywords:Temperature detection, Microcontroller , 232 Bus , RTD(Resistance Temperature Detector )┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要 (1)ABSTRACT (2)第一章绪论 (4)1.1研究背景 (5)1.1.1 温度传感器的概念 (5)1.1.2 温度测量的意义 (5)1.1.3 常用温度传感器的分类 (5)1.1.4 温度测量控制技术的国内外研究现状 (6)1.2基于P T1000的高精度温度采集系统 (7)1.2.1研究意义 (7)1.2.2待解决的问题 (7)1.3本文研究内容 (7)第二章传感器、单片机及开发工具 (9)2.1热电阻 (9)2.1.1 热电阻的组成结构 (9)2.1.2 工作原理 (9)2.1.3热电阻接线 (9)2.2热电阻P T1000介绍 (10)2.3.2时钟模块 (12)2.3.3看门狗 (12)2.3.4中断模块 (12)2.3.5串口通讯SCI模块 (13)2.3.6 模数(A/D)转换模块 (13)2.4Codewarrior5.0开发环境介绍 (14)2.5Protel DXP2004集成环境 (15)2.6基于Visual Basic6.0的上位机系统 (16)第三章温度测量系统的设计 (21)3.1温度测量系统概述 (18)3.2温度采集系统的基本原理 (18)3.3上位机与测温探头通讯示意图 (18)3.4测温探头主要模块 (19)3.4.1测温探头的硬件模块 (19)3.4.2测温探头的软件模块 (20)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第四章测温探头的硬件设计 (21)4.1电源管理模块 (21)4.2恒压源模块 (21)4.3非平衡电桥 (22)4.4温度信号处理模块 (23)4.5RS232通讯模块 (25)4.6单片机最系统模块 (26)第五章测温探头的软件设计 (27)5.1程序流程图 (27)5.2温度采样 (27)5.3程序滤波 (28)5.4线性化补偿 (28)5.5RS232传输 (28)第六章实验数据及参数 (29)6.1温度测量 (29)6.1.1 温度与温标 (29)6.1.2 温度测量的主要方法 (29)6.2P T1000测温实验 (30)6.2.1电阻箱标定 (30)6.2.2温度采集及RS232通讯实验 (31)6.3热电阻P T1000测温电路调试体会 (32)第七章总结与展望 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录1 (35)附录2 (35)附录3 (35)附录4 (40)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章绪论1.1研究背景1.1.1 温度传感器的概念温度传感器是指能感受温度并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。

温度传感器将检测到的温度信息按一定形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要前提。

温度是一个基本的物理量,自然界中的一切过程无不与温度密切相关。

温度传感器是最早开发,应用最广的一类传感器。

温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。

从17世纪初人们开始利用温度进行测量。

在半导体技术的支持下,本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。

与之相应,根据波与物质的相互作用规律,相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。

1.1.2 温度测量的意义温度是一种最基本的环境参数,人们的生活与环境的温度息息相关,在工业生产过程中需要实时测量温度,在农业生产中也离不开温度的测量,因此温度是一个十分重要的物理量,研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。

随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高,人们也迫切需要检测与控制温度:如大气及空调房中温度的高低,直接影响着人们的身体健康;在大规模集成电路生产线上,环境温度不适当,会严重影响产品的质量;恒温育苗室内温度的控制对育苗的质量影响也很大。

温度传感器作为在各种控制场合经常使用的传感器,它的性能好坏会直接影响到系统性能。

因此,要选择适当的传感器,不仅要掌握各种类型传感器的结构、原理及性能指标,还必须懂得传感器的信号应该如何获取、处理。

现在越来越多的传感器被用于各个领域,且为了提高自身的功效、时效及生产力,各领域的专家们也在自主研发适用于该领域的传感器,于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。

1.1.3 常用温度传感器的分类温度传感器是温度测量仪表的核心部分,品种繁多。

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类:接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触,又称温度计。

温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。

一般测量精度较高。

在一定的测温范围内,温度计也可测量物体内部的温度分布。

但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差,常┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。

它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。

非接触式温度传感器,它的敏感元件与被测对象互不接触,又称非接触式测温仪表。

这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。

最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律,称为辐射测温仪表。

辐射测温法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。

各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。

只有对黑体(吸收全部辐射并不反射光的物体)所测温度才是真实温度。

如欲测定物体的真实温度,则必须进行材料表面发射率的修正。

1.1.4 温度测量控制技术的国内外研究现状温度测量是工业、农业、国防和科研等部门最普遍的测量项目。

它在工农业生产、现代科学研究及高新技术开发过程中也是一个极其普遍而重要的测量参数。

在温度测量方面各国均取得了很多成果,其中前苏联的压电石英频率温度计分辨能力可达0.0001℃,理论上可达0.00001℃,而且在-40℃~230℃范围内具有温度与频率的线性特性;日本利用所谓石英温度频率转换器-80℃~200℃的温度范围,最大分辨率达0.0001℃;美国标准局研制的电阻温度计25欧标准铂电阻温度计,电桥分辨0.00002℃;我国生产的石英温度传感器分辨率达到0.0001℃,误差在0.05℃以内,中国航天工业总公司702所研制的5901(STP-1000)型粘贴式测温片,其静态测温精度为0.5%,快速响应时间小于0.013s。

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