温度采集装置（精选8篇）
温度采集装置 篇1
0 引言
目前市场上的温度采集, 定点测量与无线测量的方式均已大为普及。但是为适合多种需求的温度检测方式, 仍需提供更多的设计方案。本设计采用GPS模块进行环境位置定位, 通过电动小车自动寻址到达指定地点, 使用DS18B20温度传感器设计电路采集当地温度数据[1], 并进行回传。完成危险地段、人员不宜介入等特殊环境下的温度采集。
1 总体设计方案
整个系统由单片机主控模块、温度检测模块、基于Si RFIII的GPS定位模块、无线收发模块、键盘模块、语音输出显示模块、电源及驱动模块等组成, 系统结构如图1所示。整个系统分为两大部分:一部分为手持终端, 另一部分为小车移动平台。手持终端包含单片机主控模块1及其外围所接语音输出显示模块、无线收发模块及矩阵键盘模块。按键功能包括:发送移动执行命令、发送采集命令、发送返回命令、发送播报命令。其功能为向小车发送一系列命令, 接收小车所传回的数据并语音播报。小车移动平台包含单片机主控模块2及其外围所接的基于Si RFII的GPS定位模块、温度采集模块、无线收发模块2、电源及驱动模块。其功能为在GPS引导下, 根据所输入的经纬度信息到达指定地点进行温度采集, 并根据手持终端命令进行一系列作业。
2 硬件设计
2.1 单片机主控模块
单片机主控模块采用单片机STC89C52实现, 它是STC公司生产的一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器, 其提供的资源足够本系统运行。
2.2 温度检测模块
温度检测模块采用DS18B20单线总数字温度传感器。该传感器在使用中不需要任何外围元件, 全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内[2,3]。DS18B20在寄生电源方式下可由数据线供电。测温范围-55℃~+125℃, 增量值为0.5℃。
实际设计使用中, DS18B20传感器线路简单, 通过单线与单片机通信, 通信线上经5V电源接4.7k上拉电阻, 架于智能小车上方距离较远处, 避免电路发热引起的测量误差。
2.3 基于Si RFIII的GPS定位模块
全球定位系统 (简称GPS) 是美国第二代军用导航系统[4], 可实现全球范围内的实时导航和定位。GPS模块是集成了RF射频芯片、基带芯片和核心CPU并加上外围电路而组成的集成电路。它运算与每个卫星的伪距离, 采用距离交会法求出经度、纬度、高度和时间修正量这四个参数。本系统中GPS定位模块由Si RFIII主要构成, 在主控模块控制下协同工作。本系统中GPS模块采用串口方式1接受GPS信息。输入电压3.3-5.5 VDC输入, 输入电流少于80 m A, 波特率选择4800。本系统中使用的GPS模块采用TTL电平输出, 6引脚封装, 实际使用中只需将TX、RX引脚与单片机相应引脚直接相连并设计好电源电路。GPS定位模块实物图如图2所示。
2.4 无线收发模块
无线收发模块由无线模块n RF24L01及其外围电路构成, 承担手持终端与小车之间的通信任务。n RF24L01是工作在2.4GHz~2.5GHz ISM频段的单片无线收发器芯片[5]。无线收发器包括:频率发生器、增强型Schock Burst TM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。n RF24L01时序图如图3所示。
2.5 语音输出显示模块
语音输出显示模块由LCD12864液晶显示模块及语音芯片ISD4004主要构成。作用于手持终端, 提供良好的人机交互界面。LCD12864液晶模块采用HD44780控制器, HD44780具有简单而功能较强的指令集, 可以实现字符移动, 闪烁等功能。ISD4004储存时间可以达到8分钟~16分钟, 并且ISD4004有SPI接口, 可以串行控制, 且其只需很少外围器件就可构成完整音频录放系统。ISD4004后接功率放大芯片TDA2822连接扬声器, 语音录放电路如图4所示。
2.6 电源及驱动模块
本系统中, 手持端需提供5V及3.3V直流电压源供电, 该需求可由9V电池经稳压管LM7805和稳压管LM1117实现;小车上需9V、5V及3.3V直流电压供电, 仍可由9V电池经稳压管LM7805和稳压管LM1117实现。
驱动模块由芯片L298N实现。L298N最高工作电压46V;输出瞬间峰值电流可达3A, 持续工作电流为2A;额定功率25W。L298N的控制端口有六个, 通过控制单片机I/O口的高低电平即可控制电机的正、反转及停止。驱动模块电路连接如图5所示。
3 系统软件设计
本系统程序中硬件结构并不复杂, 原因为硬件集成度较高, 所需外围电路较少。同时, 系统模块较多, 所以采用模块化、结构化设计程序, 思路清晰, 且便于调用。
3.1 系统主程序结构
系统由手持端与智能小车终端组成, 表1为主要使用函数清单, 图6为手持端及小车函数结构及调用关系。
3.2 GPS数据采集程序
GPS模块外部硬件简单, 但是数据接收处理程序复杂, 本节主要强调GPS数据处理方式及过程。
数据传输采用NMEA0183标准语句, 输出ASCII码。数据接收处理模块负责处理从GPS接收到的数据。在单片机串口收到信息后, 先判别是否为语句引导头“”, 再接收信息内容, 然后根据语句标识区分出信息类别以对收到ASCII码进行处理[2]。若整个数据接收正确, 便对数据进行处理;若接收不正确, 则重新进行接收。图7为定位数据处理流程图。
4 结束语
本文提供了一种基于GPS定位与无线传输的温度采集装置。它可用范围广, GPS定位系统可进行全球定位, 灵活度高, 适应能力强, 使用迅速, 前期工作投入较少。检测范围广, 小车可由人控制在某区域内巡逻, 也可以根据GPS定位实现在视野外作业。操作简单, 使用者只需按动按键即可进行操作。人机交互好, 采用液晶及语音播报模块, 方便了数据的采集。
参考文献
[1]DS18B20数据手册[Z].济南清风电子网站.
[2]魏立峰.单片机原理与应用技术[M].北京:北京大学出版社, 2006.
[3]陶冶.基于DS18B20的单片机温度测量系统[J].电测与仪表, 2007 (10) :160-164.
[4]刘瑞华.MCS-51单片机与GPS-OEM板的串行通信[J].电讯技术, 2004 (5) :93-97.
[5]丁媛媛.基于n RF24L01无线双向通信系统设计[J].常州工学院学报, 2012 (25) :24-27.
[6]关子忠, 姜世超, 方超.GPS电子定位导航系统[J].自动化技术与应用, 2012 (3) :31-34.
温度采集装置 篇2
摘要:简要分析了温度实时采集与补偿在激光陀螺控制中的原理和作用;介绍了激光陀螺专用控制芯片的功能和特性、1-WIRE总线数字温度传感器DS18B20的结构和原理;通过对多片温度传感器连接在激光陀螺专用控制芯片上进行实际测试,成功验证了陀螺控制芯片的温度采集模块与温度传感器构成的温度测量系统的测温功能。
关键词:温度补偿 陀螺控制芯片 DS18B20 测温系统
中图分类号:G307文献标识码:A文章编号:1673-8209(2009)5-0261-02
二频机抖激光陀螺作为惯性导航的理想器件,还具有启动时间短、可靠性高、寿命长等特点。但在高低温变化的工程化应用过程中,陀螺内在的温度特性对陀螺各方面带来的影响制约了陀螺性能的进一步提高,因此,实现温度漂移的实时补偿就很有必要。
而要进行实时的温度补偿,就必须实时地进行陀螺内部的温度测量。二频机抖激光陀螺专用控制芯片便包含了温度采集模块,笔者在实验室利用DS18B20数字温度传感器与陀螺专用控制芯片连接,成功实现了芯片的温度采集功能。
1 温度对激光陀螺的影响和温度补偿的作用
温度对激光陀螺的影响主要表现在以下几个方面:从热源来说,陀螺工作时,自身要发热,需要几个小时才能达到平衡,而且在环境温度等条件发生变化时,温度场将变得更为复杂,也更难平衡,所以陀螺自身温度变化与环境温度变化都将影响陀螺的性能;从物理特性来说,气体的折射率、材料的导热系数、光学器件的光学性质也会发生变化; 从几何特征来说,器件的热胀冷缩、弯曲变形都可造成光路发生变化,谐振系统损耗增加;最后温度场的变化引起气流流场的变化,使两臂的放电电流出现不平衡,加剧了朗谬尔流效应带来的零偏影响。这些变化都将影响激光陀螺的输出。温度几乎影响到物性参数、几何变形、气体流场等所有因数[1],如对于温度影响气体的折射率,由L=n×L可知,折射率的波动将影响总的光程长,最终将影响标度因数,从而影响到零偏。温度对激光陀螺零偏的影响主要表现在以下三个方面:温度变化、温度梯度与温变速率[2]。
实时温度补偿减小了温度变化对零偏的影响,提高了激光陀螺的精度和性能,通过加入温度补偿前(图1)后(图2)零偏曲线可说明[3]:
加入补偿后,温度在一定范围内变化时,陀螺零偏大幅减小, 陀螺精度提高了数倍。
2 陀螺控制芯片
激光陀螺主要工作部分是环形激光器和控制电路。机抖激光陀螺专用控制芯片将激光陀螺的抖动控制、稳频控制、稳流控制、光强采集、温度采集、信号放大、倍频、鉴相、滤波等模块集成到一个芯片上,将激光陀螺的某些重要性能(例如信号处理)采用硬件电路实现,大大减小了信号延时,提高了激光陀螺的可靠性和实用性。芯片集成温度采集模块的主要功能是:通过该模块用户可以设置外部温度传感器DS18B20的数量(1-10),同时可以对某个与设定ID号相同的DS18B20执行采集该传感器的温度。当完成一个采集过程后(即获得传感器的温度值),模块将发出一个中断信号。
芯片工作过程如下:芯片装入系统中,接外部时钟信号、复位信号以及其他信号;上电后,时钟管理模块产生片内需要的时钟和复位信号;复位后,CPU通过ROM 中的Boot loader启动程序引导,通过SPI口将外部Flash中的用户程序读入片内8KB SRAM中实现程序加载。加载完成后,程序指针无条件跳转到片内8KB SRAM起始地址处;系统芯片的CPU通过用户程序和温度传感器DS18B20接口能够查找到外部连接的指定型号DS18B20(注:每片DS18B20有自己特定的ID号),并读取该传感器温度值;芯片对数据信息的处理可以通过串口输出到计算机上显示出来。
温度模块工作过程:用户程序首先将外部器件的ID写入相应的地址,并设置好器件数目,最后将DS_START寄存器置“FF”来启动模块。当完成一个采集过程后(也就是已经获得所有传感器的温度值),模块将发出一个中断信号。执行中断程序读取温度值时,为了防止用户中断响应时间太长,用户读数据前,可以判断DS_BUSY是否为0,如为1则表示本次中断响应无效。
3 数字温度传感器DS18B20[4]
在试验中用到的单片化温度传感器的型号是MAXIM公司的DS18B20,有如下特点:单线接口,只有一根信号线与CPU连接;不需要备份电源,可通过信号线供电,电源电压范围从3.3～5V;传送串行数据,不需要外部元件;温度测量范围从-55℃～+125℃,-10～+85℃时测量精为±0.5℃;用户可自设定非易失性的报警上下限值;报警搜索命令可以识别哪片DS18B20温度超限;通过编程可实现9～12位的数字值读数方式(出厂时被设置为12位);在93.75ms 和750ms内将温度值转化9位和12位的数字量;零功耗等待;现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20封装和内部结构如图3:
4 编程流程
初始化:
第一步,设置器件ID,低8位无须设置;
第二步,设置器件数目;
第三步,启动工作,将DS_START置“FF”。
中断程序:
第一步,读DS_BUSY是否为0,如为1则表示本次中断响应无效(非必要步骤);
第二步,如果本次中断有效,可以获取温度数据。
5 测温试验
将测温的用户程序写入外接FLASH,让芯片加载运行,通过串口将温度值返回计算机并显示,结果如图4:
实验结果证明成功地实现了对DS18B20测温的数据采集,并通过串口将数据送出显示,即用DS18B20与芯片连接,成功实现、验证了芯片温度采集模块的功能。
6 结语
本文简要分析了实时温度补偿对激光陀螺精度提高的作用和实时温度采集的必要性;介绍了激光陀螺专用控制芯片以及数字温度传感器DS18B20的功能和特性;并在实验室将多片DS18B20连接在激光陀螺专用控制芯片上,成功地进行了温度测量,通过实验验证了激光陀螺专用控制芯片的温度采集模块功能。
参考文献
[1] 张鹏飞,龙兴武,汤建勋,王宇,李革,许光明. 机抖激光陀螺的零偏的实时温度补偿方法研究[J].传感技术学报,2007,6.
[2] 赵小宁,李县洛,雷宝权.激光陀螺零偏温度补偿研究[J].中国惯性技术学报.2004,6.
[3] 张鹏飞,龙兴武.二频机抖激光陀螺温度漂移补偿的初步研究[J].激光杂志,2005.
多点远程温度采集系统 篇3
温度是一种最基本的环境参数, 人民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, 因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件, 热敏电阻成本低, 但需要后续信号处理电路, 而且热敏电阻的可靠性相对较差, 测量温度的准确度低, 检测系统的精度差。本系统选用了美国DALLAS公司DS18B20数字式温度传感器。DS18B20属于单总线智能温度传感器, 可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。
本系统由单片机AT89S51、数字温度传感器DS18B20、MAX485、存储器24C04和LCD显示芯片RT12864M组成, 能够远程通信的多点温度自动监测。由于DS18B20为单一总线芯片, 因此较一般芯片节约了大量的硬件。故此系统应用范围广。具有结构简单, 成本低廉, 实时性好, 实用性强和性价比高的特点。该装置适用于日常生活和工、农业生产中的温度测量。
2 多点远程温度采集系统设计
本系统主要由两大部分构成, 分别为现场硬件系统和PC机远程监测系统两部分。现场硬件系统组成主要由PC机、AT89S51、RT12864M、24C04, MAX485和DS18B20构成。存储器24C04主要用于存储DS18B20的序列号。LCD显示器用于显示各测量点的编号、温度以及传感器故障时的指示。单片机调用相应的子程序进行传感器自动识别。数字温度传感器DS18B20接线采用拓扑结构总线结构, 在一根I/O口线上挂接若干只温度传感器。供电方式采用独立电源供电。这种结构硬件电路简单, 方便安装和维修。现场工作人员可通过LCD读取温度值。LCD可以显示区域内所有测温点的温度值, 来达到对现场温度监测的目的, 读取方便。PC机远程监测系统由一台PC机和RS232-RS485转换器组成。PC机主要用来接收远程单片机上传的温度值, 将温度值通过软件操作界面显示, 并存入数据库, 实现温度的定时存储、查询, 删除等操作 (见图1) 。
2.1 数字温度传感器RS18B20。
DS18B20具有单线接口, 仅需一根口线与MCU连接, 无需外围元件, 由总线提供电源, 测温范围为-55℃~75℃, 精度为0.0625℃九位温度读数A/D, 变换时间为200ms, 用户自设定温度报警上下限, 报警搜索命令可识别哪片DS18B20超温度限等特点。单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机通过拉低单总线至少480μs, 以产生 (Tx) 复位脉冲。接着, 主机释放总线, 并进入接收模式 (Rx) 。当总线被释放后, 5k上拉电阻将单总线拉高。在单总线器件检测到上升沿后, 延时15-60μs, 接着通过拉低总线60-240μs, 以产生应答脉冲。在写时隙期间, 存在两种写时隙:“写1”和“写0”。主机采用写1时隙向从机写入1, 而采用写0时隙向从机写入0。所有写时隙至少需要60μs, 且在两次独立的写时隙之间至少需要1μs的恢复时间。两种写时隙均起始于主机拉低总线产生写1时隙的方式:主机在拉低总线后, 接着必须在15μs之内释放总线, 由5k上拉电阻将总线拉至高电平;而产生写0时隙的方式:在主机拉低总线后, 只需在整个时隙期间保持低电平即可 (至少60μs) 。在写时隙起始后15-60μs期间, 单总线器件采样总线电平状态。单总线器件仅在主机发出读时隙时, 才向主机传输数据, 所以, 在主机发出读数据命令后, 必须马上产生读时隙, 以便从机能够传输数据 (见图2) 。
2.2 PC机远程监测系统。
在以单片机为基础的数据采集和实时控制系统中, 通过计算机中的RS-232接口进行计算机与单片机之间的命令和数据传送, 就可以利用计算机对生产现场进行监测和控制。在远距离的数据传送和控制时, 采用MAX485的接口转换芯片, 将RS-232转换成RS-485协议进行远距离传送。传送距离可达1200m。在发送和接收端都进行协议转换后, 可以使用计算机中的RS-232进行远距离的数据传送和控制。采用应答方式进行数据通信, 可使用请求发送 (RTS) 、清除发送 (CTS) 或数据终端准备 (DTR) , 数据装置准备 (DSR) 进行硬件握手。在Windows下, 可以很方便地使用Win32通信API函数来实现这些硬件的握手以及数据的传送。在单片机89S51系统中, 分别从P3.0和P3.1引出串口线RXD和TXD通过MAX485电平转换芯片转换成RS-232接口标准的电平, 这样, 二者之间就可以通过RS-232接口进行远距离数字信号的传送 (见图3) 。PC机与单片机之间的通信为单工通信方式, 单片机发送上传温度数据, PC机接受数据。每组数据由总线上所有18B20的温度值组成, 每个18B20温度值的组成格式如下:单位温度值=传感器编号+温度百位值+温度十位值+温度个位值+温度十分位值。在单片机发送每组数据之前先发一个16进制数“D”, PC机接收到16进制数“D”后开始接收数据, 并将其存入相应的存储单元, 否则不接收单片机发来的数据。这样就确保接收数据的准确性。波特率设置:波特率=2400 bit/s。
2.3 数据库管理
主要用来接收远程单片机上传的温度值, 将温度值通过软件操作界面显示, 并存入数据库, 实现温度的定时存储、查询, 删除等操作 (见图4、5) 。
3 实验测试及结果
3.1 LCD显示结果
液晶与CPU的接口采用8位并行方式, 四个温度值在一屏上显示出来 (见图6) 。
3.2 PC远程监测硬件实验。
该部分硬件主要由RS232-RS485转换器和MAX485组成, 实验的目的主要是测定PC机与单片机之间的通信距离, 以及传输过程中数据的稳定性。借助串口调试助手对单片机上传的数据进行分析, 以此来确定数据传输是否准确, 近而制定通信协议 (见图7) 。
上传数据如下:
数据分析:协议规定值 (0D) 、传感器号 (0) 、00号传感器温度值 (00 02 07 01) 、传感器号 (1) 、01号传感器温度值 (00 02 07 02) 、传感器号 (2) 、03号传感器温度值 (0002 07 03) 、传感器号 (3) 、03号传感器温度值 (00 02 07 04) 。
以上数据分析符合传输规定协议, 传输数据没有错误, 只要保证数据格式不便, 在此基础上增加通信距离。
结束语
本系统能够远程多点温度自动监测。具有硬件结构简单、成本低廉、实时性好、实用性强, 性价比高等特点。适用于日常生活和工业生产中的温度测量。
摘要：本系统实现了多点远程温度测量, 自动识别每个温度传感器位置和传感器故障自动报警。PC机和单片机之间通信采用RS-232转换成RS-485协议进行远距离数据传输。通过访问数据库实现对传输数据的定时存储、查询, 删除等功能。系统主要由单片机AT89S51、LCD显示器RT12864M、MAX485, 存储器24C04和数字温度传感器DS18B20组成。
关键词：远距离通信,自动识别,数据库管理,多点测温
参考文献
[1]金伟正.单线数字温度传感器的原理及应用[J].电子技术应用, 2000 (6) :66-68.
[2]马云峰.单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计[J].计算机测量与控制, 2002, 10 (4) :278-280.
[3]郁翔, 赵学增.数字温度传感器DS18B20在温度场测试中的应用[J].导弹与航天运载技术, 2004 (5) :53-56.
[4]李钢, 赵彦峰.1-wire总线数字温度传感器ds18b20原理及应用[J].现代电子技术, 2005 (8) :77-79.
温度采集装置 篇4
在科技革命突飞猛进、发展日新月异、竞争日趋激烈的时代背景下, 人民的生活水平也日益提高。各种电热电器产品也因为其本身产品结构小, 更新换代快, 款式样式新等特点, 已经成为了家庭日常生活必需品中的一个重要组成部分。近些年来我省电热产品发展势头迅猛, 同样作为电热产品中最主要的元件——温度敏感元件, 也成为了各个生产企业重点关注的产品之一。其质量的好坏决定性的影响了整机产品质量的好坏。
在现行标准中, 对于产品动作温度的检测和要求明显增强, 在例如制造偏差和漂移、耐久性等项目中增加了对动作温度的监控要求。同时, 在实地对于产品生产过程的了解以及大量检测业务过程中发现, 现有的检测及判断手段多数仅为定性的判断, 即高于一定值动作即可。并没有对其过程的实时监控, 为产品以后在整机中的工作情况带来不小的安全隐患, 也不利于企业对其产品进行更为有效的改进与质控。开展温度特性自动采集系统的研究, 可以完善现有检测技术平台, 有利于质检部门更加全面地掌握质量状况, 更加贴近企业, 更好地为企业提供多方位的技术服务, 有利于提升机构的检验能力和行业知名度。
一、温度特性自动采集系统设计
1.1温度自动采集系统工作要求
温度检测系统的测试是通过测试软件控制的, 系统软件的开发必须做到:
(1) 检测并记录多个温控开关的断开点温度及恢复点温度;
(2) 按区划分测量出八点均匀分布点的温度图, 并对相关点作适当的补偿;
(3) 根据每批产品的温度特性, 设定温度测定范围以便对烘箱的加热速度进行合理控制; (4) 保存测试参数, 并随时打印出参数表。
1.2设计总体设计思路
本系统采用一体式电控柜为主体。西门子工控机安置于电控柜的上部, 通过485接口与PLC控制模块进行数据交换。PLC控制模块及20位扩展热电偶模块均安装于电控柜内。20组继电器分别与20个测试工位相连, 用于提供温控器启动/停止的电信号。控制柜底部中空, 用于高温线, 使得被测试样品可以置于高温及低温的环境区域内。通过西门子S7-224CN可编程控制器, 完成对于精密烘箱温度场循环的控制、不同产品温度要求的可编程控制, 对高速温度采集模块数据的采集支持等功能。
为实现精确测量、快速响应及曲线复现的设想, 满足标准对温度敏感控制器检测的要求, 设计检测系统原理图如图1所示。
1.2.1系统软件的模块设计
该检测系统的程序开发在基于windows xp操作系统下, 由VISUAL BASIC 语言编写, 软件的设计包括五个独立的功能模块。分别为:
(1) 文件调入模块, 可以调入以前任一时刻的测试数据。
(2) 文件保存模块, 将正在测试的数据存盘备份。
(3) 数据打印模块, 将测试的数据打印出来, 作为产品参数标准。
(4) 温度设置模块, 主要用来设置被测温度范围, 由此温度范围为依据, 来控制烘箱的加热速度。
(5) 温度测试模块, 该模块是整个检测系统的核心组成部分, 其主要完成功能为:
(1) 初始化, 包括将用于控温开关状态接口的8255编程设置为输入方式, 温控开关全部接通等。
(2) 读人I/O状态, 判断各温控开关的通断状态。
(3) 分区读入各温度测试点的温度值, 将此时的温度值赋给有通断变化的温控开关样品, 并在监视器上相应的位置显示该温度值。
为了保证温度测量的精度, 除了在硬件上采取必要的措施如采用12位A/D转换外, 软件上也要采取相应的措施, 本系统中采用了多点平均算法。由于A/D采样用的是AD574芯片, 其转化速率典型值为25μs, 而温度不可能有突变, 所以我们对每一温度点采样100个点, 然后排序, 去掉最大的和最小的各10点, 用剩余的80点进行平均, 这样可大幅度地降低测量误差, 提高检测精度。
1.2.2系统内部电路设计
设备电控柜外形尺寸为1000*600*600 (含滚轮高度) , 电控柜主体为框架结构, 下层中空。安装架通过螺钉卡扣安装于电控柜两侧安装槽上, 位置可根据扩展槽所需容量进行调整。设备采用一体式电控柜为主体。西门子工控机安置于电控柜的上部, 通过485接口与PLC控制模块进行数据交换。PLC控制模块及20位扩展热电偶模块均安装于电控柜内。本系统的控制采用上下位机分层控制的方式。上位机采用西门子工控机用于对于下位机PLC发出启动、停止等具体指令。同时接受下位机反馈的数据, 并分析最终形成报告。下位机采用西门子S7-224CN可编程控制器中PLC224型产品, 配合EM221/EM232/EM231等3组扩展模块完成对被测产品的测试, 启停等功能, 同时反馈采集的数据给上位机进行分析统计。上位机下位机之间采用485接口连接。控制电路接线如图2所示。
1.2.3系统界面设计。操作界面的设计遵循简单明了, 操作简便地设计原则。除外观设置上的电源开关, 急停开关, 报警灯等装置, 其余控制设置均集成在液晶触摸屏上。整个版面指示清晰, 操作简便。
操作系统界面主要分为三个层次:1.系统功能选择界面 (开机界面) , 用于对设备进行初始化以及试验功能的选择。2.测试界面:从系统管理中进行相应功能的选择, 可进入不同的测试单元模块。如图3所示的温度开关恢复测试。在测试系统界面中, 我们可以对样品进行测试参数的设置, 启停动作的设置, 以及设定产品不合格的报警范围等。3.产品最终的结果界面。当下位机反馈数据后, 可以直接上上位机中形成分析报告和最终提交的检测报告。报告文档可以形成不同的记录格式, 以适应于以后的智能化一体检测流程。如图4所示。
二、系统计量校准效果
(1) 多路、多种控制器的同时检测与控制。最多可以完成20个产品的测试监控, 同时测试平台还预留有扩展槽, 可以方便有效地进行工位的扩展。采用西门子S7-200CN模块以及工控机。实现记录存储速度达到25μs, 显示速度达到1s/次。
(2) 无人化管理, 设置好烘箱温度区间后, 系统可以自动记录产品反复动作的温度动作值, 并且设计一套可以与现阶段自动化检测流程相配套的, 基于EXCEL模板的自动报告填写及输出模式。
(3) 系统是windows平台开发的, 可以方便的移植。软件界面清晰, 直观, 具有良好的人机互动功能。除了检测环节中通过人工装夹、结构检查等工作, 其余工作均可由软件代为完成。形成一次录入, 自动匹配的功效。极大地降低了人员的劳动强度。
三、结论与展望
温度采集装置 篇5
在很多工作领域, 将工程技术应用于温室内进行室内环境各环境因子的测试和控制, 不仅方便省事而且准确可靠更具有说服力。利用传感器技术、自动监测技术、通讯技术、计算机技术来研究日光温室内的温度是这种新模式的一个重要体现, 它为我们了解和继续某一领域的研究提供了一个直观的理解途径。
1 温度测试系统硬件的设计
1.1 温度测试系统硬件部分的设计
硬件部分主要由电源、采集卡、转换器、PC机部分组成, 通常都是计算机通过LTM8520转换模块连接LTM8662多功能监控模块, LTM8662多功能监控模块连接12个DS18B20数字化温度传感器。各个硬件部分以“一线总线”的数字方式传输, 大大减少了系统的电缆数, 提高了系统的稳定性和抗干扰性。
1.1.1 电源
可选电源:交流165~265V AC/15m A或DC12 V/24V/48V。
1.1.2 数据采集卡
本设计采用LTM8662多功能数据采集控制中心。可实现两级通讯网络间的联络, 以及为上位RS-485网, LTM-8662模块作为子站;另一级分别为“ITU总线”可支持8路总共64个ITU混接, 实现采集信息送往上机及控制信息发送到ITU。
1.1.3 转换器
转换器采用单口隔离RS232/485转换模块。
1.1.4 温度传感器
本设计使用的温度传感器是新一代DS18B20数字化温度传感器的防水封装型LTM8877.它的体积更小、更经济、更灵活。直径6X30mm镀鉻铜管, 后端有一段500mm线缆, 无需现场供电, 由LTM8662为其远端供电。直接与LTM8662连接使用。
1.1.5 LTM-8662的连接
通过电路连接把DS18B20数字化温度传感器连接到LTM8662多功能数据采集模块上, 再把该采集模块接到LTM8520转换模块上。最后, 将转换模块接到PC机上, 通过PC机及相关软件采集并记录数据。
2 温度测试系统中数据采集系统软件设计
本系统的软件部分主要进行采集过程的开关控制、端口的选择、发送指令、接收数据、数据处理、显示实时温度值、波形显示以及储存数据。本设计选用了虚拟仪器设计软件Labview实现温室温度的实时采集、显示和储存。Labview以软件为中心, 利用计算机强大的计算、显示和连接能力, 在屏幕上组建用户自己的仪器、仪表, 实现“软件就是仪器”的功能, 主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示和数据储存等领域。
2.1 数据采集软件编程
进入Labview环境下启动采集系统, 为采集系统选择通道, 实现软件与硬件的连接。然后通过VISA Write节点发出采集指令, 开始采集数据。系统判断采集到的数据是否完整, 如果不完整, 缺少数据, 则重新采集数据;如果数据完整, 则对其数据进行处理、显示和储存。最后采集完毕, 关闭采集系统。主程序的工作流程如图1所示。主程序由数据采集子程序、数据分析及显示子程序、储存子程序等组成。
2.2 数据处理
实时采集温度数据并对其进行分析显示、储存是温室温度场测量系统中的重要的一部分。本设计将长英科技公司生产的LTM8662多功能监控模块和美国DALLAS公司生产的数字化温度传感器DS18B20作为前端的温度采集系统, 通过Labview数据采集子程序将采集到的数据传送到计算机。在Labview环境下对温度场数据进行实时处理、显示和储存。该系统充分利用了Labview的强大功能, 实现了长时间连续采集、处理、实时的显示数据, 储存数据, 增强了人机交互性, 可靠、方便、快速地实现对温室温度的测量。
3 总结
自然环境是随四季变化的, 所以在某些对温度要求较高的发展领域, 需要我们能准确、快速的测试温度情况。以Labview为软件平台, 传感器、数据采集卡、转换器、PC机为硬件组成的这套测试系统操作容易, 开发维护方便, 具有较强的通用性和适用性。
参考文献
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[2]杨秀丽.北方节能型日光温室监控系统的研究[D].沈阳农业大学.2002.05
[3]孙小镭、王永强、王志峰, 等.日光温室冬季黄瓜生长适温调节方法与应用研究[J].山东农业科学.2002.03.27.
基于单片机的温度采集系统 篇6
一、总体设计方案
基于单片机的温度采集系统的结构如图1所示。AT89C52单片机P1口的8条口线作为8条单总线, 每条单总线上挂接7个DS18B20, 共控制56个DS18B20, 形成一个测量网络。DS18B20采集到数据后, 由单片机进行读取, 经过串口上传给上位机, 上位机再进行数据处理。温度采集系统的硬件结构框图如下:
在此系统中包括系统的硬件设计及软件编程设计, 硬件设计是基础, 软件设计是灵魂。
二、单片机与DS18B20的电路设计
在硬件设计方面, 根据单总线的特点, 结合DS18B20采集数据及读取数据读取的要求, 采用外接电源供电方式, 单片机与DS18B20硬件连接图如下:
AT89C52有4个并行口, 32位, 每1位均可作为DS18B20的数据线使用, 不加驱动。理论上, 无串行通信要求时, 每条总线上可接8个DS18B20, 本系统最多可接256个DS18B20传感器。实际7个较为适宜, 不需驱动电路设计。
三、单片机与PC机的通信电路设计
PC机与单片机之间的通信通过串口实现。由于单片机使用的TTL电平, 与RS232电平不兼容, 所以本系统通过MAX232E芯片实现TTL电平与RS232电平的转换。
MAX232E芯片是包含两路接收器和驱动器的RS-232电平转换芯片, 适用于各种232通信接口。芯片内部有一个电源电压变换器, 外加4只1μF的泵电容可以把输入的+5V电源电压变换成为RS-232C输出电平所需的±10V电压。所以采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了。
四、单片机程序的编写
单片机要从DS18B20读取数据时, 需要根据DS18B20的特点完成一定的读取操作, 单片机的程序主要包括以下几个方面:
(1) 初始化时序 (2) 写时序 (3) 读时序等
编写程序使用的语言可以用“C”语言, 也可以用汇编语言, 在此系统中考虑到采集温度实时性比较强, 使用了汇编语言。
五、上位机程序的编写
单片机把温度信息从DS18B20读取出来后, 上位机需要把这些信息通过串口从单片机读取出来, 在此过程中, 我们在上位机中使用了Visual Basic语言, 利用VB和组态软件都支持DDE的特点, 构建了温度读取系统, 一方面实现与单片机的连接, 另一方面实现与组态的动态数据交换。
VB程序的编写
在上位机中, 我们用到VB中的一个重要控件-MSComm控件, VB部分程序的编写如下:
Private Sub Form_Load ( )
MSComm1.CommPort=1'设置串行端口号为1
MSComm1.Settings=“9600, N, 8, 1”‘参数设置
M S C o m m 1.I n p u t M o d e=comInputModeBinary'二进制数据格式
MSComm1.InBufferSize=1024'置接收缓冲区为1024字节
MSComm1.InputLen=0'置InputLen为0时, 使用Input将使MSComm控件
初始化完成后, PC机就可以与单片机进行通信了。
“组态王”与VB的通信需要
要实现“组态王”与VB的通信需要3个步骤:
1、使VB成为“服务器”, 需要在VB中设置服务器程序的三个标示名, 并把VB应用程序中提供数据的窗体的LinkMode属性设置为1。
2、“组态王”中的设置
打开已设计好的“组态王”监控系统, 使之在开发系统下, 从左边的工程项目显示区中选择“设备/DDE”, 然后在右边的内容显示区中双击“新建”图标, 则弹出“设备配置向导”, 根据配置向导配置好的DDE信息。
3、变量定义
六、结论
系统现场运行结果表明, 该系统控制灵活方便, 功能强大, 满足了生产的需要。
参考文献
[1]沙占友.集成化智能传感器原理与应用[M].电子工业出版
多通道温度数据采集系统设计 篇7
温度是工业、农业生产中常见的和最基本的参数之一, 伴随工业科技、农业科技的发展, 它的测量需求越来越多, 也越来越重要, 在生产过程中常需对其进行监测。利用微型机对温度数据进行检测, 数据显示信息控制保存对增加生产效率和提高产品质量有重要作用, 所以温度测量系统的精确度和智能化一直受到企业的重视[1,2,3]。
但是在有些特殊的工业现场, 人们无法长时间在现场观测设备运行情况, 就需要对现场数据进行采集并传送到控制室。有线数据传输方式需要铺设电缆, 而且容易受到电磁干扰, 此时需用无线传输的方式进行数据传输[4]。
多路无线温度采集系统可被广泛应用于温度测量或相应地可转换为温度量的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中。通常需要对分布式多点温度进行监测。本设计以单片机作为控制核心构成分布式温度采集与控制系统。控制器通过温度传感器实时检测各节点的温度变化, 并依此显示各节点的温度, 从而远程实现对整个系统的温度检测。
1 系统设计
多通道温度采集系统分为温度数据采集部分和温度数据处理显示部分。温度数据采集部分由单片机、温度传感器和无线数据发射模块构成, 总体框图如图1所示。温度数据采集部分可以多个分布在测量范围内不同的地方。温度数据处理显示部分由单片机、无线数据接收模块和显示模块构成, 总体框图如图2所示。
2 硬件设计
基于无线通信的温度数据采集系统硬件电路包括:单片机、传感器、无线数据发射模块、无线数据接收模块和显示模块。下面对每个模块进行详细说明。
温度传感器采用Dallas公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20。采用寄生电源方式供电, 单片机只需一根端口线就能与DS18B20通信, 占用微处理器的端口少, 可节省大量的引线和逻辑电路[5]。单片机采用美国Atmel公司生产的低电压AT89S52单片机[6]。无线数据发射模块和无线数据接收模块采用PT2262/2272[7,8]。采用6位地址码和6位数据码, 这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1-6脚为地址设定脚, 有三种状态可供选择:悬空、接正电源、接地三种状态, 所以地址编码不重复度为729个。数据采用两次传输。PT2262将编码后的数据从输出端17引脚串行输出到F05V发射模块, 再通过天线发送出去。图3是PT2262发射原理图。为了能稳定传输数据, PT2262每次发射时至少发射4组字码。因为无线发射的特点, 第一组字码容易受平干扰产生误码, 所以2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。F05V当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号, 当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡, 所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号, 从而对高频电路完成幅度键控相当于调制度为100%的调幅。显示模块采用1602字符型LCD。用单片机的P0口作为数据线, 用P2.5、P2.6、P2.7分别作为LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿触发的片选信号, R/W是读写信号。当接收模块获取相应的数据后, 由接口P0 (D0-D7) 输入液晶显示电路, LCD1602以直观数字显示处理后的温度数据, 并由单片机进行必要的记录。
3 软件设计
整个系统由软件驱动硬件电路工作。从系统软件的功能上可以把它分为主程序和子程序两类。主程序完成温度的循环检测和驱动各部分工作。子程序完成各种功能如温度采集、温度显示、数据通讯等。主程序控制调用子程序, 实现温度数据实时读出、传输, 处理DS18B20的测量温度值、并显示。其程序流程图如图4所示。
图5-6分别是单片机控制的发射与接收模块子流程图。发射子程序包括温度传感器在单片机的控制下采集数据信息, 经过DS18B20数据转换器处理后发送给单片机进行处理转换, 同时, 温度数据输入到单片机中, 单片机对这些数据进行分组打包, 无线传输芯片PT2262进行编码, 再通过PT2262模块天线传送到PT2272接收模块进行解码。接收子程序对数据进行解码, 输入单片机中, 然后再通过单片机处理数据, 同时驱动LCD1602进行温度数据显示。
4 系统调试和测试
系统调试包括硬件调试和软件调试, 两者密不可分。硬件调试比较简单, 硬件调试分各电路模块调试和联机调试, 试验电路是否正确, 并排除一些加工工艺性错误。首先检查焊接是否有虚焊等问题, 然后可用检测仪器测试并通电被检测电路。软件调试以程序为主进行主程序、子程序的调试。软件调试到能显示和检测变换的温度。由于DS18B20与单片机采用单线串行数据传送, 因此必须严格按通信协议的时序编程才能读出正确的测量结果。
调试完成后进行系统测试。测试系统包含一个发射部分和一个接收部分。当按下电源开关, 启动开始键后, 可以稳定传输数据。系统预留了与计算机的接口, 可以把数据输入计算机中分析存储。
5 结束语
本文设计了基于无线通信的多路温度数据采集系统。该系统的实现功能是将来自温度传感器的信号用单片机处理后无线传输到接收部分, 由接收部分存储和驱动LCD进行显示。该系统的数据处理功能强大、显示直观、界面友好、性价比高, 可广泛应用于工业现场、农业环境温度监测等诸多领域。
参考文献
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[7]Princeton Technology Corporation.Pt2262.pdf[EB/OL].http://www.princeton.com.tw/downloadprocess/download file.asp mydownload=PT2262.pdf.
温度采集装置 篇8
关键词：温度传感器,铂电阻,A/D转换芯片,温度采集系统,单片机
1 引言
铂电阻Pt100是一种使用率很高的温度测量用传感器[1],在0℃时的阻值为100Ω,温度检测范围大(-200~+650℃),广泛应用于化工、冶金、环境检测、医药卫生、实验室设备等多种行业及多种电子类产品。Pt100温度传感器具有体积小、价格低、性价比高、抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压、工作时间长等特点,如果在其外部封装上不锈钢管,还具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、抗氧化等优点。
本研究采用传统的Pt100作为温度传感器,与高性能的16位A/D转换芯片MAX1415构成前向通道,配合MCS51单片机工作,组成一种非电桥式温度测量系统,同时给出了相关的电原理图和完整的用KEIL C编写的源代码,为广大电子工程师提供了一种方便、快捷使用铂电阻Pt100作为温度测量传感器的新方法和新途径[2]。
2 设计思路
由于铂电阻Pt100在工作温度范围内(-200~+650℃)的电阻值偏低,所以在传统的惠斯通电阻式平衡电桥与信号放大电路组成的温度检测前向通道中,电路的放大系数往往会调得比较大,这样在检测信号提取时,不光是将需要检测的信号进行了放大,同时干扰信号也会比较大,仅仅是处理这部分干扰信号就已经是很复杂的设计工作了,非常不利于提高检测精度、优化硬件系统和降低生产设计成本。对于一些经验不足的电子工程师来说,使用和设计起来比较麻烦。
为避免上述情况,本研究设计采用恒压源加匹配限流电阻加铂电阻Pt100,进行温度信号采集。现在很多芯片都能提供恒压源,当工作电压流不超过恒压源最大电流限制时,恒压源都能提供一个稳定的输出电压。限流电阻的大小一定要匹配恒流源和Pt100,从而保证温度传感器上的电压变化,符合A/D转换器的输入信号要求。
美国美信公司出品的A/D转换器MAX1415[3]具有很多特有的性能优点:低功耗、2通道、串行输出模数转换器(ADC)使用一个具有数字滤波器的Σ-Δ调制器,分辨率达16位,无失码。MAX1415具有内部振荡器(1 MHz或2.457 6 MHz)、片上输入缓冲器以及可编程增益放大器(PGA)。供电范围较大(2.7~3.6 V)。当使用3 V电源工作时,功率损耗低于1.44 mW[4]。
自校准和系统校准功能允许MAX1415修正增益和失调误差。出色的直流性能和低噪声特性,使MAX1415可用于测量动态范围较宽的低频信号,可接受全差分双极性/单极性输入,内部输入缓冲器允许接收高阻抗源提供的信号。PGA和数字滤波允许直接采集信号,无需或只需少数的信号调理电路,极大地简化了硬件电路的设计,节省了开销。
3 硬件设计
本研究中,A/D转换器选用MAX1415,组成一种非电桥式温度测量系统的前向通道。
硬件电路设计中,要注意如下几个问题:
(1)芯片参考电压Vref=Vref+-Vref-,Vref的最大值是1.225 V;
(2)信号输入电压Vin×放大倍数Gain≤参考电压Vref;
(3)恒压源Vref 3V在使用时,注意工作电流不超过其电流限制。
MAX1415硬件接线图如图1所示。
4 软件设计
软件设计中,要注意在系统初始化时,对MAX1415功能寄存器的写操作,要正确地写入相关设定参数[5]。
程序设计流程如图2所示。
程序源代码如下:
程序编写采用标准C语言[6,7],在Keil uVision3(版本V3.30a)下调试通过,工作稳定,系统温度检测正常。
通过当前检测电压AD值,计算出当前的Pt100的实际阻值。通过Pt100阻值与温度变化R-T对应表,查表计算得到实际温度值[8,9,10]。
5 结束语
温度测量有很多种方法和实施方案,所选用的温度传感器的种类[11]也是五花八门,各有利弊,设计时要根据实际情况来选定[12]。
该温度采集方案已在与解放军总医院心内科合作项目中得到应用,加热温度范围为室温~300℃,控温精度要求为±1℃,实测达到±0.05℃。图3为该温控仪实物图。目前,该温控仪已经设计研制完成,上电工作情况良好,温度读取与数值显示稳定,通过实际测试,达到设计要求。
本文介绍的这种应用方案,具有硬件电路简单、软件实现便捷、测量精度高、适用范围广等特点,为现有的温度检测方案提供了有益的补充与扩展,希望能够为电子工程师在系统设计时给予一些参考和帮助。
参考文献
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