【文献综述】远程温度采集仪的设计

文献综述

电气工程及其自动化

远程温度采集仪的设计

前言

数据采集是获取信息的一种重要手段。数据采集以传感器、信号测量与处理、微型机算机等技术为基础的一门综合的应用技术[1]。其中温度数据采集的涉及到生活、工业、气象等各方面领域，从而对温度数据的采集的研究也显得格外重要。生活上测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度，如水银玻璃温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。而利用MCU和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接将测量的温度值显示在数码管、液晶或者PC机上，既简单方便，又直观准确[2]。

正文

本次设计要求的采集温度为0℃~600℃，一般测温元件采用铂热电阻温度传感器，利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等特点，被广泛用于中温（-200℃~600℃）的范围测量中。根据单片机设计的要求的不同，温度测量系统的设计也有所不同，有采用集成芯片的，也有采用恒流源器件和恒压源器件[2]。

PT100是一种广泛应用的测温元件，在-50℃~600℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂热电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。利用PT100铂热电阻非平衡电桥构成测温前向通道，结合曲线拟合方法有效地消除了测温过程中所引起的非线性误差，实现了茶花精揉过程中温度的自动检测与控制。此方法在较低温段能保证有很好的线性关系，但在200度以上线性度不能保证，而且需要复杂的运算，从而有可能增加软件运行时间，所以200度以上达不到精准测量。

1.王龙在基于铂热电阻PT100的高精度温度测控系统设计中由PT100铂电阻检测，经温度信号放大和数字处理变成统一的标准信号后送给显示仪表，且将显示值记录下来，送到控

制单元，在此与温度设定值进行比较，并进行比例(P)，积分(I)以及微分(D)运算后，其输出经放大器放大，推动执行机构，以脉宽的形式控制执行机构电压的平均值，从而达到自动控制温度的目的[4]。

2．陈志文，王玮在基于PT100铂热电阻的温度变送器设计与实现中利用Ptl00铂热电阻的电阻～温度函数关系，将温度信号转换为电压信号，经过两级放大电路对电压信号进行放大，再将电压信号转换为标准的电流信号输出。在A／D温度采集时，利用精密电流电压转换芯片，将电流信号转换为标准的电压信号[5]。其中LP2951作为稳压电源电路主要集成块，放大电路采用LM258集成块。

3.张修太，胡雪慧等在基于PT100的高精度温度采集设计系统设计与实现研究中介绍了温度采集系统的硬件、软件设计和实验研究。系统由下位机和上位机构成，下位机硬件主要由温度传感器PT100、由仪用放大器AD620构成的调理电路、A／D转换器MAX197和微控器AT89S52构成，上位机为PC机。下位机软件用C言语编写，上位机软件用VB6．0设计而成。在恒流源的激励下，PTIO0的阻值随温度的变化转换成电压的变化，调理电路对电压信号进行放大、变换，输出0 V- 5V的标准信号，经A／D转换送下位机，再通过串行通信上传给Pc 机进行存储、显示和图形化。系统采用分段线性化算法，利用MATLAB软件进行最小二乘法线性拟合，得到不同温度区间上的标度变换算法[6]。

校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等干扰因素影响，数字化校正则需要在微处理系统中使用，将PT100电阻的电阻值和温度对应起来后存入EEPROM 中，根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。常用的PT100电阻接法有三线制和两线制，其中三线制接法的优点是将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[7]。

小结

本次设计系统控制器采用ATMEL公司生产的低功耗、高性能、强抗静电、强抗干扰功能的STC12C5A16S2，此单片机自带A/D转换口（P1.0-P1.7）,有8路10位高速A/D转换器，速度可达250KHz(25万次/秒)。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等，用户可以通过软件设置将8路中任何一路设置为A/D转换，不需要作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。此单片机采用逐次比较型的ADC。利用此芯

片使检测电路无需单独一块A/D转换，从而使电路更加简单，又能满足设计要求。

上位机监控软件设计采用Visual Basic 6.0编程语言编写。Microsoft

Communications Control（以下简称MSComm）是Microsoft公司提供的简化WindowsXP/98下串行通信编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。控件将进行上位机与下位机的通信。MSComm 控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。MSComm控件在串口编程时非常方便，因其可移植性高，因而在VC、VB等语言中都可使用。

参考文献：

[1] 夏益明，杜敏.AT89C2051在加热炉温度采集系统中的应用 [J].电子世界，2005（10）：35~37.

[2]才智,范长胜，杨东霞.PT100铂热电阻温度测量系统的设计.《现代电子技术》.2008第（20）：15~17.

[3]刘同召，朱亚明等.PT100铂热电阻在雨花茶精揉机温度控制中的应用.江西农业学报，2009

[4]王龙.基于铂电阻PT100的高精度温度测量电路测控系统设计.吉林大学学报，2005，30（3）：72~75.

[5]陈志文，王玮.基于PT100铂热电阻的温度变送器设计与实现.现代电子技术，2010（8）：45~47.

[6]张修太，胡雪惠等.基于PT100的高精度温度采集系统设计与实验研究.传感器技术学报，2010.

[7]刘兵，努尔买买提·阿布都拉.基于PT100的温度测控实验装置的开发与使用.新疆大学学报（自然科学版），2008，26（3）：32~41.

[8]于莹莹.新型PT100传感器智能温度测量系统的研究与开发[J].电大理工，2002（10）:28~35.

[9]张烂漫.一种优化的精密温度测量方法[J].机电工程，2009，26（9）:58~59.

[10] 李平，张健.基于单片机C8051F350的温度测量系统设计.天中学刊.2010，20（9）：45~48.

[11] 杨佩璐.基于VB6.0实现PC机与单片机的串行通信[J].中国集体经济·科技研发，2004（4）：154~157.

[12李湘江，彭建.基于VB的实时数据采集程序的设计[J].

[13华，陈旭忠，李占芳等.基于VB与单片机串行通信的数据采集系统的设计[J].煤炭工