3种温度数据采集系统的设计与选型

的鲁棒性 ,但在提高算法准确率的同时也增加了算法的时
间复杂度 ,该算法在 CPU 为 Intel Pentium4 2. 4 GHz,内存为
512M 的 计 算 机 上 对 单 帧 图 像 全 图 搜 索 的 时 间 大 约 为
700m s。
参考文献 :
[ 1 ] Huang SFra Baidu bibliotekihshinh, Chen Chungjen, H siao Peiyung, et al. On2board
通过测温精度 、线性度 、硬件复杂程序 、软件复杂程序 、 标定方法 、抗干扰能力及成本等对 3 种温度数据采集系统 进行对比得出如下选型结论 :
1)在温度数据用于被控对象的控制参数 ,构成闭环的 控制回路的工业控制现场 (如 ,钢铁冶炼等 ) ,通常 ,对温度 数据的测量精度要求较高 ,在温度数据采集系统设计时 ,应 优先选择基于分立元件的设计方案 。
(下转第 112页 )
11 2 传 感 器 与 微 系 统 第 28卷
只有 1辆车时 ,如图 8 ( a) ;当有多辆车时 ,如图 8 ( b) ;当距 离较远时 ,如图 8 ( c) ;当车辆在超车过程中 ,如图 8 ( d) 。
10 8 传感器与微系统 ( Transducer and M icrosystem Technologies) 2009年 第 28卷 第 8期
3种温度数据采集系统的设计与选型
彭永供 , 杨若波
(南昌大学 信息工程学院 ,江西 南昌 330031)
摘 要 : 针对 3类不同的温度传感器 ,给出了 3种不同的温度数据采集系统的设计方案 ;在对 3种设计方 案的分析对比的基础上 ,结合不同的应用场合 ,为温度数据采集系统的设计选型提供了参考 。 关键词 : 温度测量 ; 数据采集 ; 设计 ; 选型 中图分类号 : TP 223 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 9787 (2009) 08 - 0108 - 02
[ 2 ] A lberto B roggi, Pietro Cem Pier Claudio Antonello. Multi2resolu2 tion vehicle detection using artificial vision intelligent[ C ]∥2004 IEEE International Conference on Intelligent Vehicles, 2004: 310 - 314.
2)在需要 对 温 度 进 行 多 点 监 测 的 场 合 (如 , 酒 精 生 产 [4 ] 、气象观测 ) ,在温度数据采集系统设计时 ,应优先选择 基于数字温度传感器 (如 , DS18B20 )的设计方案 ,此外 ,基 于数字温度传感器的设计方案由于成本低 ,在消费类电子 产品中也被广泛采用 。
由于已知在测温范围内热敏电阻器 (或铂电阻 )的阻值 随温度的变化规律 ,可采用一定精度的电阻箱来替换热敏 电阻器 (或铂电阻 )进行温度数据采集系统的标定 。 1. 2 基于模拟温度传感器的温度数据采集系统设计
模拟温度传感器芯片将敏感的温度信号转换成电压或 电流信号输出 。典型的模拟温度传感器芯片如美国 Analog Device公司推出的 AD590,温度信号经过 AD590转换成电流 信号输出 ,其温度系数为 1μA / ℃,测量范围为 - 55～150 ℃, 测量精度为 0. 5 ℃。
Abstract: According to three different temperature sensors, three different schemes of temperature data acquiring system s are p resented. Based on the comparison among these schemes, and combined w ith different requirements, the method to design a temperature data acquiring system is p rovided. Key words: temperature measurement; data acquiring; design; selection
system ba sed on d iscrete com ponen ts
(如 0. 1 % )电阻器构成 ,电阻桥路的输出电压与热敏电阻 器阻值的变化近似呈线性关系 。电阻桥路的输出电压经过 差分放大 ,提高温度数据的分辨率 ,同时 ,抑制线路中的共 模干扰 。差分放大器输出的电压信号经过 A /D 转换后进 入微控制器 ,经过软件的补偿运算 ,用于温度数据的显示或 通过通信接口传输给数据采集终端 。
0 引 言 在工业控制现场 ,温度数据用于被控对象的控制参数 ,
构成闭环的控制回路 ;在温度敏感的测量仪表中 ,温度数据 用于测量数据的修正补偿 ;在医疗仪器中 ,温度数据用于表 征病人的体温或作为医疗设备的重要监测参数 ;在气象观 测中 ,温度数据用于对未来的天气提出准确的预报 。在不 同的应用场合 ,对温度数据采集系统的测量范围 、测量精 度 、线性度 、一致性 、重复性 、可靠性以及构成成本等指标的 具体要求也有所不同 。随着电子技术的发展 ,温度传感器 经历了由早期的热敏电阻器到最新的集成温度测量芯片的 演变 ,为温度数据采集系统的设计和选型带来了新的研究 内容 。本文提出了 3种温度数据采集系统的设计方案 ,深 入分析了 3种方案的测量精度 、线性度 、复杂度 、成本以及 应用场合 。 1 温度数据采集系统设计 1. 1 基于分立元件的温度数据采集系统设计
图 2所示的温度数据采集系统的测量误差主要由以下 因素引起 :
1) AD590自身的测量精度 ; 2) I/ F变换的线性度 、频率稳定度等 。 而且 , AD590输出的电流信号为 μA 级 ,对外界的电磁 干扰非常敏感 ,在实际使用过程中 , AD590与 I/ F变换之间 的导线通常采用双绞屏蔽线 。 此外 ,美国 MAX IM 公司推出的 DS600为电压输出的模 拟温度传感器芯片 ,其温度系数为 6. 45mV / ℃,测量范围为 - 40～125 ℃,测量精度为 0. 75 ℃。 与图 2 类似 , DS600 输出的反映温度变化的电压信号 经过 A /D 变换或 V / F变换之后 ,再经过微控制器的运算处 理得到所测量的温度数据 。 基于模拟温度传感器芯片的温度数据采集系统的标定 可采用高精度电流源 (模拟 AD590 的输出信号 )或高精度 电压源 (模拟 DS600的输出信号 )来完成 。
vision system for lane recognition and front2vehicle detection to enhance drive’s awareness[ C ]∥2004 IEEE International Con2
ference on Intelligent Vehicles, 2004: 2456 - 2461.
3 结 论
图 8 实验结果 F ig 8 Exper im en ta l results
本文提出的这种把车辆阴影 、垂直水平边缘和对称性
结合起来的车辆检测算法 ,先通过阴影检测选择几个感兴
趣区域 ,再由垂直水平边缘判定法剔除部分区域 ,最后由对
称性判据来判定区域是否是车辆区域 ,并把车辆的两侧边 缘进行修正 。该算法能检测出图像中大多数车辆具有较强
1. 3 基于数字温度传感器的温度数据采集系统设计 数字温度传感器的出现为温度数据采集系统的设计带
来了全新的理念 ,由于温度数据直接数字化输出 ,系统设计 人员不必花费精力去解决模拟信号在传输 、调理 、变换过程 中引入的误差 。
典型的数字温度传感器芯片如美国 MAX IM 公司推出 的 DS18B20,其内部集成了温度传感器模块 、A /D 转换模块 以及单线式数据输出控制模块 ,其温度转换速度为 750 m s, 测量范 围 为 - 55 ～ 125 ℃, 测 量 精 度 为 0. 5 ℃ ( - 10 ～ 85 ℃) 。
基于 DS18B20的温度数据采集系统示意图如图 3。
图 3 基于 D S18B20的温度数据采集系统示意图 F ig 3 Schema tic d iagram of tem pera ture da ta acqu ir ing
system ba sed on D S18B20
图 3所示温度数据采集系统的测量精度完全取决于 DS18B20的测量精度 。DS18B20的单线式数据输出接口允 许多只器件共用一根数据线组成多点温度测量网络 。
与 DS18B20不同 ,美国 MAX IM 公司推出的 DS1626为 三线串行通信接口输出的数字温度传感器 、MAX6666为脉 冲宽度输出的数字温度传感器 、MAX6577为脉冲频率输出 的数字温度传感器 。
数字温度传感器的测温精度决定了温度数据采集系统 的测温精度 ,尽管以上几种数字温度传感器的测量精度不 高 ,但是 ,基于数字温度传感器的温度数据采集系统都是免 标定的 。 2 温度数据采集系统选型
基于 AD590的温度数据采集系统示意图如图 2。
图 2 基于 AD 590的温度数据采集系统示意图 F ig 2 Schema tic d iagram of tem pera ture da ta acqu ir ing
system ba sed on AD590
图 2中 , AD590输出的电流信号经过 I/ F之后变换成 一定频率的脉冲信号 ,微控制器读取计数器在一定时间间 隔内的脉冲计数值 ,经过运算后得到温度数据 。
分立元件的温度传感器主要有热敏电阻器和铂电阻 , 其中 ,热敏电阻器具有灵敏度高 、稳定性好 、体积小 、电阻值 大等特点 ,基于分立元件的温度数据采集系统示意图如 图 1所示 。 图 1中 ,电阻桥路由热敏电阻器 (或铂电阻 )与高精度
图 1 基于分立元件的温度数据采集系统示意图 F ig 1 Schema tic d iagram of tem pera ture da ta acqu ir ing
图 1所示的基于分立元件的温度数据采集系统的测量 误差主要由以下因素引起 :
1)电阻桥路中的电阻精度和温度稳定性 ; 2)热敏电阻器 (或铂电阻 )的自发热 ; 3)差分放大器的输入阻抗 、共模抑制比 、输入偏置电 流 、温度特性等 ; 4) A /D转换器的分辨率 ; 5)铂电阻和热敏电阻器的阻值随温度变化的非线性 。 设计电阻桥路时 ,可通过电阻器筛选的办法 ,选择精度 和温度特性一致的电阻器构成电阻桥路 ;为降低热敏电阻
D esign and selection of three tem pera ture
da ta acqu ir ing system s
PENG Yong2gong, YANG Ruo2bo
( Informa tion Eng ineer ing School, Nanchang Un iversity, Nanchang 330031, Ch ina)
收稿日期 : 2009 - 04 - 14
第 8期 彭永供 ,等 : 3种温度数据采集系统的设计与选型 109
器 (或铂电阻 )工作过程中的自发热 ,可选用阻值相对较大 的电阻器以减少流过热敏电阻器 (或铂电阻 )的电流 。
由于铂电阻和热敏电阻器的阻值随温度的变化的非线 性特性 ,其测温范围和精度都受到限制 ,文献 [ 1 ]中提出采 用最小二乘拟合的方法来提高温度测量数据的精度和测温 范围 ;文献 [ 1, 2 ]中依据热敏电阻器在不同温度区间的分段 线性特性 ,采用硬件自动切换的方法 ,实现了宽温度范围的 高精度测量 ;文献 [ 3 ]中 ,为避免微控制器承担复杂的线性 补偿运算 ,按照不同温度区间 ,设计参数补偿表 ,采用查表 线性化的方法实现了温度数据的高分辨率测量 。