基于智能传感器的分布式现代测温系统

现代测试技术大作业

题目：基于智能传感器的分布式现代测温系统姓名：俞晓星

学院：机电工程学院

专业：测控技术与仪器

班级：

学号：

指导教师：顾小军

教务处制

2011年12月20 日

目录

摘要 (3)

引言 (3)

一、背景及研究意义 (4)

1.1温度传感器的发展状况 (4)

1.2智能传感器的实现途径 (5)

1.2.1 软件化 (5)

1.2.2集成化 (5)

1.2.3 采用新的检测原理和结构实现信息处理的智能化 (5)

1.2.4 网络化 (6)

1.2.5 多传感器信息融合技术 (6)

1.3智能温度传感器的应用背景介绍 (6)

1.4选题背景和研究意义 (7)

二、方案设计与论证 (8)

2.1系统工作原理 (8)

2.11分布式温度采集系统 (8)

2.12无线发送/接收系统 (9)

2.13 上位机系统 (9)

2.2 系统软件设计 (10)

2.3 测试结果及结论 (11)

2.4 结论 (12)

参考文献 (12)

基于智能传感器的分布式现代测温系统

基于智能传感器的分布式现代测温系统

嘉兴学院俞晓星

摘要

分布式测量与控制系统正在从基于现场总线技术的软硬件平台,转向支持开

放的、标准化的技术解决方案。应用无线通信技术、Internet技术和标准智能传感器接口的测控系统可望形成下一代分布式测控系统的雏形。本文对应用无线通信技术、Internet技术和IEEE1451系列标准的分布式测控系统的设计与实现进行了深入系统的研究,并初步建立了一个分布式测控原型系统并简要介绍了该系统的工作原理及设计思想即通过各个不同的传感器终端节点监测温度的高低。在设计的监控系统中,基于LabWindows/CVI及VC环境开发了现代温度监测系统的演示软件,通过软件编程发送到上位机（PC机），并在PC机上用VB界面远程控制和显示测的温度值。该系统结构简单，抗干扰能力强，稳定可靠，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，可应用于仓库测温、楼宇空调控和生产过程监控等领域。较好的实现了传感器节点的系统集成及温度值的远程监控。与此同时本文对智能化测温系统的设计理念、系统结构、系统组装调试过程中所需注意的问题进行了较为详细的阐述。

【关键词】：温度传感器现场总线分布式单片机

前言

自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。

温度是环境监测的重要参数,在一些特定的场合常常需要对温度进行监测。如高压蒸汽管道温度的监测,这些监测对企业的生产至关重要。但很多温度监测环境范围大,测点距离远,布线很不方便。为了能精确反应温度的空间分布情况,需要解决多点分布测量问题。已有资料表明利用数字化测温器件获取温度,可以克服传统分布式测温系统的一些缺点,如传输距离、放大电路产生的误差等。本文在此基础上采用智能温度传感器DSl8B20,设计一种应用于现代企业的分布式智能温度测量系统。设计DSl8B20与单片机之间通过IIC总线通信并实现PC机与单

片机之间的串行通信,提高分布式温度测量的准确性和系统的可靠性。在本系统中传感器DS18B20 将采集到的温度值送给单片机进行处理,通过nRF2401 实

现远程无线传输,在上位机的控制系统中,采用USB 口作为计算机与测控网络的接口。如此一来既能准确的测量温度的空间分布情况,又能解决测量距离上的问题。实际运行表明,该系统抗干扰能力强,信号传输距离远,较好的满足分布式温度监测的要求。

第一章背景及研究意义

1.1温度传感器的发展状况

传感器技术包括敏感机理，敏感材料，工艺设备和计测技术四个方面约有30多种技术。随着物联网概念的日渐普及，传感器市场再次迎来快速发展机遇。传感器主要包括压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器、无线传感器和生物传感器等。

温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。根据美国仪器学会的调查，1990年，温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。五十年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。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。

温度传感器是利用其核心部分热敏电阻的值随温度变化的特性，将非电学的物理量转换为电学量，从而进行温度精确测量与自动控制的半导体器件。

温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为2大类:一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并在一定程度上还可测量物体内部的温度分布，但对于运动的、热容量比较小的、或对感温元件有腐蚀作用的对象，这

基于智能传感器的分布式现代测温系统

种方法将会产生很大的误差。

与传统产品相比，新型温度传感器呈现出微型化、高精度、低功耗等发展趋势。在新的时代背景下，温度传感器的应用领域得到进一步拓宽。NTC作为温度传感器的重要分支，医疗电子、移动通信、办公自动化、汽车电子等都是其新的应用领域。

进入21世纪后，温度传感器的发展趋势正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。所以数字温度传感器得以更加广泛的应用。

1.2智能传感器的实现途径

智能传感器的“智能”主要体现在强大的信息处理功能上。在技术上有以下一些途径来实现。在先进的传感器中至少综合了其中两种趋势，往往同时体现了几种趋势。

1.2.1 软件化

传感器与微处理器相结合的智能传感器，利用计算机软件编程的优势，实现对测量数据的信息处理功能主要包括以下两方面：运用软件计算实现非线性校正、自补偿、自校准等，提高传感器的精度、重复性等。用软件实现信号滤波,如快速傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换等技术,简化硬件、提高信噪比、改善传感器动态特性。运用人工智能、神经网络、模糊理论等，使传感器具有更高智能即分析、判断、自学习的功能。

1.2.2集成化

集成智能传感器是利用集成电路工艺和微机械技术将传感器敏感元件与功能强大的电子线路集成在一个芯片上（或二次集成在同一外壳内），通常具有信号提取、信号处理、逻辑判断、双向通讯等功能。和经典的传感器相比，集成化使得智能传感器具有体积小、成本低、功耗小、速度快、可靠性高、精度高以及功能强大等优点。