微波EDA网,见证研发工程师的成长! 2025婵犵數濮烽弫鍛婃叏閹绢喗鍎夊鑸靛姇缁狙囧箹鐎涙ɑ灏ù婊呭亾娣囧﹪濡堕崟顓炲闂佸憡鐟ョ换姗€寮婚敐澶婄闁挎繂妫Λ鍕磼閻愵剙鍔ゆ繛纭风節瀵鎮㈤崨濠勭Ф闂佸憡鎸嗛崨顔筋啅缂傚倸鍊烽懗鑸靛垔椤撱垹鍨傞柛顐f礀閽冪喖鏌曟繛鐐珕闁稿妫濋弻娑氫沪閸撗€妲堝銈呴獜閹凤拷04闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾剧懓顪冪€n亝鎹i柣顓炴閵嗘帒顫濋敐鍛婵°倗濮烽崑鐐烘偋閻樻眹鈧線寮撮姀鈩冩珕闂佽姤锚椤︻喚绱旈弴銏♀拻濞达綀娅g敮娑㈡煕閺冣偓濞茬喖鐛弽顓ф晝闁靛牆娲g粭澶婎渻閵堝棛澧遍柛瀣仱閹繝濡烽埡鍌滃幗闂佸搫娲ㄩ崑娑㈠焵椤掆偓濠€閬嶅焵椤掍胶鍟查柟鍑ゆ嫹10闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾剧懓顪冪€n亝鎹i柣顓炴閵嗘帒顫濋敐鍛婵°倗濮烽崑鐐烘偋閻樻眹鈧線寮撮姀鈩冩珖闂侀€炲苯澧扮紒顕嗙到铻栧ù锝堟椤旀洟姊洪悷鎵憼闁荤喆鍎甸幃姗€鍩¢崘顏嗭紲闂佺粯鐟㈤崑鎾绘煕閵娿儳鍩g€殿喖顭锋俊鎼佸煛閸屾矮绨介梻浣呵归張顒傜矙閹达富鏁傞柨鐕傛嫹 闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾剧懓顪冪€n亝鎹i柣顓炴閵嗘帒顫濋敐鍛婵°倗濮烽崑鐐烘偋閻樻眹鈧線寮撮姀鐘栄囨煕鐏炲墽鐓瑙勬礀閳规垿顢欑紒鎾剁窗闂佸憡顭嗛崘锝嗙€洪悗骞垮劚濞茬娀宕戦幘鑸靛枂闁告洦鍓涢敍娑㈡⒑閸涘⿴娈曞┑鐐诧躬閹即顢氶埀顒€鐣烽崼鏇ㄦ晢濠㈣泛顑嗗▍灞解攽閻樺灚鏆╁┑顔芥尦楠炲﹥寰勯幇顒傦紱闂佽宕橀褔鏌ㄩ妶鍡曠箚闁靛牆瀚崗宀勬煕濞嗗繑顥㈡慨濠呮缁辨帒螣閼姐値妲梻浣呵归敃銈咃耿闁秴鐒垫い鎺嶈兌閸熸煡鏌熼崙銈嗗闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌i幋锝呅撻柛濠傛健閺屻劑寮撮悙娴嬪亾閸濄儳涓嶉柡宥庡幗閻撴洘銇勯幇鍓佺ɑ缂佲偓閳ь剛绱掗悙顒€鍔ら柣蹇旂箞閸╃偤骞嬮敂钘変汗闁诲骸婀辨慨鎾夊┑鍫㈢=濞达絽鎼宀勬煕閵娿儳鍩g€殿喖顭锋俊鎼佸煛閸屾矮绨介梻浣呵归張顒傜矙閹达富鏁傞柨鐕傛嫹
首页 > 硬件设计 > 嵌入式设计 > 一种多通道环境温度采集系统的设计

一种多通道环境温度采集系统的设计

时间:02-21 来源:互联网 点击:

1、引言

温度是工业生产中常见的和最基本的参数之一,在生产过程中常需对温度进行检测和监控。采用微型机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制,对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。考虑到许多工业环境中对多点温度进行监控,一般需要测量几十个点以上,为此,我们研制了一种采用 AT89C52单片机进行控制的多通道温度检测系统。

2、硬件的总体设计

本系统由温度采集电路、单片机、按键、显示、数据存储等部分组成,成对温度信号的采集、处理、存储,控制系统的工作的功能。原理框图1所示。

闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾剧懓顪冪€n亝鎹i柣顓炴閵嗘帒顫濋敐鍛婵°倗濮烽崑娑⑺囬悽绋垮瀭濡わ絽鍟粻娑樏归敐鍛础缂佸鑳剁槐鎾诲磼濮橆兘鍋撻悜鑺ュ€块柨鏇氱劍閹冲矂姊绘担鍛婂暈闁荤喆鍎抽幑銏狀潨閳ь剙顕f繝姘亜缁炬媽椴搁弲顒勬⒑閹稿海绠撴繛璇х到鏁堟俊銈呮噺閸嬧剝绻濇繝鍌涘櫣妞わ絽銈搁幃浠嬵敍濞戞ɑ璇為梺璇″枟閻燂妇鎹㈠┑瀣倞闁靛ě鍐ㄥ婵犵數濮烽弫鎼佸磹椤栫偛鐒垫い鎺戝绾惧鏌熼崜褏甯涢柣鎾寸洴閹鏁愭惔鈥茬敖婵犫拃鍐粵闁逛究鍔嶇换婵嬪川椤曞懍鍝楅梻浣告贡閹虫挾鈧氨澧楁穱濠囧箹娴h倽銊╂煥閺冣偓閸庡磭绱為幒妤佲拻闁稿本鐟ㄩ崗宀勬煙閾忣偅宕岀€规洜鏁诲浠嬵敇閻愭鍞甸梻浣芥硶閸o箓骞忛敓锟�...
图1 系统硬件原理框图

3、 温度采集电路的设计与分析

3.1 传感器的选择

在选择温度传感器时,应考虑的主要因素有温度测量范围、精度、响应时间、稳定性、线性度和灵敏度。目前,应用最广泛的温度传感器是热电偶、热电阻、热敏电阻和PN结型温度传感器。

热电偶由两种不同的金属构成,它们的一端熔接在一起形成一个敏感结,温度变化时将有一个相应的热电势产生,使用热电偶测量温度时容易引入误差(冷端误差)。热电阻传感器电阻值随温度增加而增加,最常见的构成材料是铂、镍或铜,其线性度好,但价格较高,阻值小,连入测量电路中须考虑引线电阻影响。PN结型温度传感器利用了在一定的电流模式下,PN 结的正向电压与温度之间有很好的线性关系这一特征,测温精度高。

热敏电阻由钴、锰、镍等金属的氧化物以不同配方高温烧结而成,包括正温度系数热敏电阻(PTC),负温度系数热敏电阻(NTC)和在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器(CTR),在温度测量中主要采用 NTC 和 PTC,尤其 NTC 应用较多。热敏电阻的阻值随温度变化而迅速变化,且阻值较大,如应用于野外测量,几十欧的引线电阻对测量影响较小,可忽略不计,非常适合测量微弱温度变化。但是非线性严重,使用时必须进行线性化处理。由于本系统测量点多,考虑价格等多种因素,选用NTC型热敏电阻较为合适。

3.2 测温电路的组成

选用珠状热敏电阻,外面套铜壳,中间灌导热沙,用胶封口连线使用。温度电压转换电路由不平衡电桥实现,放大电路采用LF347四运放芯片,构成差分放大电路,将电桥输出电压转换为对地电压。采用八选一的模拟开关CD4051,三个地址选择引脚,两片组成8×8矩阵,可连接64路温度传感器。CD4051电子开关闭合时漏泄电流很低,导通时导通电阻也比较低,当输入参考电压±5V,导通电阻在160欧姆左右,输入电压正负都可以工作,效果比较理想。整体电路图如图2所示,其中最左侧两个端子用于连接热敏电阻,电桥中的电位器用于调平电桥,对地电压输出后至最右端可接A/D转换器。

闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾剧懓顪冪€n亝鎹i柣顓炴閵嗘帒顫濋敐鍛婵°倗濮烽崑娑⑺囬悽绋垮瀭濡わ絽鍟粻娑樏归敐鍛础缂佸鑳剁槐鎾诲磼濮橆兘鍋撻悜鑺ュ€块柨鏇氱劍閹冲矂姊绘担鍛婂暈闁荤喆鍎抽幑銏狀潨閳ь剙顕f繝姘亜缁炬媽椴搁弲顒勬⒑閹稿海绠撴繛璇х到鏁堟俊銈呮噺閸嬧剝绻濇繝鍌涘櫣妞わ絽銈搁幃浠嬵敍濞戞ɑ璇為梺璇″枟閻燂妇鎹㈠┑瀣倞闁靛ě鍐ㄥ婵犵數濮烽弫鎼佸磹椤栫偛鐒垫い鎺戝绾惧鏌熼崜褏甯涢柣鎾寸洴閹鏁愭惔鈥茬敖婵犫拃鍐粵闁逛究鍔嶇换婵嬪川椤曞懍鍝楅梻浣告贡閹虫挾鈧氨澧楁穱濠囧箹娴h倽銊╂煥閺冣偓閸庡磭绱為幒妤佲拻闁稿本鐟ㄩ崗宀勬煙閾忣偅宕岀€规洜鏁诲浠嬵敇閻愭鍞甸梻浣芥硶閸o箓骞忛敓锟�...
图2 温度测量电路

3.3 A/D转换部分、显示器件和存储设备

A/D转换芯片选用美国德州仪器公司的12位串行A/D转换器TLC2543,具有11路模拟输入通道,在工作范围内10us的转换时间,三路内置自测试方式,最大线性误差±1LSB,单双极性输出,具备可编程的输出数据长度和MSB、LSB前导。性能价格比合适,转换精度较高,因此适用于各种仪器仪表之中。

由于需要显示汉字,例如“XX号空气温度XX.X”,字体采用16×16点阵形式,显示器件采用192×64点阵字符型液晶显示模块,电压较低,功耗比较小,电路连接简单,控制语句只有七条,便于单片机编程。

存储设备选用RAMTRON公司生产的铁电存储器FM3164,一种集成了存储器、实时时钟、看门狗定时器、低电压提前报警、手动复位去抖等许多单片机伺服电路,64KB的数据存储解决了许多问题。铁电存储器采用了先进的存储技术,使擦写次数超过了1亿次,使用寿命长,为存储实时采集数据提供了方便。温度信号包括数据2字节,通道号1字节,月、日、时、分数据4字节,每天1小时采集一次,1个月总共30×24小时,1个月共需要存储量(64×3+4)× 30×24/1024≈130KB,铁电存储器空间不够时,可再扩展一片AT29C040海量存储器512KB,可转存两个月的数据。系统简图如图3所示。

闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾剧懓顪冪€n亝鎹i柣顓炴閵嗘帒顫濋敐鍛婵°倗濮烽崑娑⑺囬悽绋垮瀭濡わ絽鍟粻娑樏归敐鍛础缂佸鑳剁槐鎾诲磼濮橆兘鍋撻悜鑺ュ€块柨鏇氱劍閹冲矂姊绘担鍛婂暈闁荤喆鍎抽幑銏狀潨閳ь剙顕f繝姘亜缁炬媽椴搁弲顒勬⒑閹稿海绠撴繛璇х到鏁堟俊銈呮噺閸嬧剝绻濇繝鍌涘櫣妞わ絽銈搁幃浠嬵敍濞戞ɑ璇為梺璇″枟閻燂妇鎹㈠┑瀣倞闁靛ě鍐ㄥ婵犵數濮烽弫鎼佸磹椤栫偛鐒垫い鎺戝绾惧鏌熼崜褏甯涢柣鎾寸洴閹鏁愭惔鈥茬敖婵犫拃鍐粵闁逛究鍔嶇换婵嬪川椤曞懍鍝楅梻浣告贡閹虫挾鈧氨澧楁穱濠囧箹娴h倽銊╂煥閺冣偓閸庡磭绱為幒妤佲拻闁稿本鐟ㄩ崗宀勬煙閾忣偅宕岀€规洜鏁诲浠嬵敇閻愭鍞甸梻浣芥硶閸o箓骞忛敓锟�...
图3 温度采集系统简图

3.4 测温元件的温度特性分析与线性化处理

热敏电阻的阻值与温度的关系可用以下公式表示:

闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾剧懓顪冪€n亝鎹i柣顓炴閵嗘帒顫濋敐鍛婵°倗濮烽崑娑⑺囬悽绋垮瀭濡わ絽鍟粻娑樏归敐鍛础缂佸鑳剁槐鎾诲磼濮橆兘鍋撻悜鑺ュ€块柨鏇氱劍閹冲矂姊绘担鍛婂暈闁荤喆鍎抽幑銏狀潨閳ь剙顕f繝姘亜缁炬媽椴搁弲顒勬⒑閹稿海绠撴繛璇х到鏁堟俊銈呮噺閸嬧剝绻濇繝鍌涘櫣妞わ絽銈搁幃浠嬵敍濞戞ɑ璇為梺璇″枟閻燂妇鎹㈠┑瀣倞闁靛ě鍐ㄥ婵犵數濮烽弫鎼佸磹椤栫偛鐒垫い鎺戝绾惧鏌熼崜褏甯涢柣鎾寸洴閹鏁愭惔鈥茬敖婵犫拃鍐粵闁逛究鍔嶇换婵嬪川椤曞懍鍝楅梻浣告贡閹虫挾鈧氨澧楁穱濠囧箹娴h倽銊╂煥閺冣偓閸庡磭绱為幒妤佲拻闁稿本鐟ㄩ崗宀勬煙閾忣偅宕岀€规洜鏁诲浠嬵敇閻愭鍞甸梻浣芥硶閸o箓骞忛敓锟�...

可见αT是随温度的降低迅速增大,因此适用于本系统中测量相对较低温度。

热敏电阻的线性化方法有很多种,分为硬件线性化方法和软件线性化方法。硬件线性化方法采用串并联电阻的方法对热敏电阻进行线性化,软件线性化方法可采用查表法读取温度值。串并联电阻可在某一温度区间(如0℃~50℃)获得较好的线性化效果。

以串联电路为例,由图4可列出

灏勯涓撲笟鍩硅鏁欑▼鎺ㄨ崘

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top