【正文】 大連海事大學(xué) 畢 業(yè) 論 文 二○一四年六月 ┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊ 基于數(shù)據(jù)采集卡的敏感元件動態(tài)測試系統(tǒng) 專業(yè)班級： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 1 班 姓 名： 路思遙 指導(dǎo)教師： 劉劍橋 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 摘 要 目前，國內(nèi)外 PTC 元件的應(yīng)用日益廣泛，測試與確定其性能參數(shù)意義重大。本文從 PTC 熱敏電阻器測試規(guī)范出發(fā)， 利用 USB 總線自供電，即插即用，速度快，穩(wěn)定性高等特點，以計算機為核 心，開發(fā)出一套完整的軟件應(yīng)用程序，給出一種基于 USB 總線的集數(shù)據(jù)采集，分析，測試為一體的 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以動態(tài)的測量 PTC 熱敏電阻在不同溫度下的阻值變化情況。 論文重點闡述了系統(tǒng)硬件測試框架，軟件設(shè)計流程以及運行結(jié)果的測試分析等 。系統(tǒng)采用 MPS010602 多功能信號采集卡將外部硬件電路與計算機連接在一起，降低了成本，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 該系統(tǒng)以 Visual C++ 作為軟件開發(fā)平臺，采用 MFC 可視化編程，提供了有好的應(yīng)用程序測試界面。用戶設(shè)置好測試參數(shù)便可以對敏感元件進行實時動態(tài)的測量，實現(xiàn) 曲線的顯示。在測試結(jié)果的分析中，找到了誤差的根源所在，并提供了相對應(yīng)的解決方案。 這種基于 USB 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，大大提高了測試效率和儀器的自動化程度，是一種有效、經(jīng)濟、方便的數(shù)據(jù)采集方式，給工程帶來了極大的方便。 關(guān)鍵詞： PTC 熱敏電阻，數(shù)據(jù)采集， USB， Visual C++ Abstract At present, the PTC element is widely used at home and abroad, because of which the testing and performance parameters is significant. The article is started from the PTC thermistor’s test specification, and the advantages of USB with selfpowered, plug and play, high speed and high stability are fully used. The puter as the core develops a plete set of software applications and gives a USB busbased data acquisition, analysis, testing as one of the USB data acquisition system that can dynamically measure the PTC thermistor resistance change of circumstances at different temperatures. The paper mainly focuses on the system hardware testing framework, the software design process and analysis of test results, and so on. The system uses MPS010602 multifunction signal acquisition card connects the puter with external hardware circuit together, reducing costs and improving the antijamming capability of the system. The system Visual C++ as a software development platform, uses visual programming MFC and provides a good application testing interface. Users can set up test parameters in advance for realtime dynamic measurements of sensitive ponents and curve displaying. In the analysis of the test results, the root cause of the error and corresponding solutions were found. This USBbased data acquisition system which is an effective, economical, and convenient data collection methods, greatly improve testing efficiency and automation, and has brought great convenience. Key words: PTC thermistor， data collection， USB， Visual C++ 目 錄 第 1 章 緒論 .................................................................................................................. 1 熱敏電阻概述 .......................................................................................... 1 數(shù)據(jù)采集的背 景和意義 .................................................................................. 2 本文主要內(nèi)容 .................................................................................................. 3 第 2 章 測試系統(tǒng)的原理框架和硬件簡述 .................................................................. 3 測試系統(tǒng)的原理框架 ...................................................................................... 3 多功能 USB 信號采集卡 .......................................................... 4 硬件設(shè)備的安裝 .............................................................................................. 6 數(shù)據(jù)的采集方式 .............................................................................................. 8 動態(tài)鏈接庫 DLL ...................................................................................... 8 MPS010602 采集卡提供的 DLL 文件中包含的函數(shù) ................................. 9 第 3 章 軟件設(shè)計流程 ................................................................................................ 13 第 4 章 運行結(jié)果及測試結(jié)果分析 ............................................................................ 23 測試結(jié)果 ........................................................................................................ 23 誤差分析 ........................................................................................................ 28 第 5 章 全文總結(jié) ........................................................................................................ 29 參 考 文 獻 ................................................................................................................ 30 致 謝 ...................................................................................................................... 31 基于數(shù)據(jù)采集卡的敏感元件動態(tài)測試系統(tǒng) 1 基于數(shù)據(jù)采集卡的敏感元件動態(tài)測試系統(tǒng) 第 1章 緒論 熱敏電阻概述 PTC(Positive Temperature Coefficient)材料是一種 溫度敏感性的導(dǎo)電材料， PTC即正溫度系數(shù)，是指材料電阻率隨自身溫度升高而增大的一種特性 [1]。通常人們所稱的 PTC 材料是特指具有非線性 PTC 效應(yīng)的材料，即材料的電阻率在某一定的溫度范圍內(nèi)時基本保持不變或僅有很小的變化，而當(dāng)溫度達到材料的特定轉(zhuǎn)變點溫度 (居里溫度 )附近時，材料的電阻率會在幾度或幾十度狹窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生突變，電阻率迅速增大 103~109 數(shù)量級。目前使用的 PTC 材料主要分為陶瓷基 PTC材料和高分子基 PTC 材料兩種類型 [2]。陶瓷基 PTC 材料在 1955 年由荷蘭菲利浦公司的 Herman 最早發(fā)現(xiàn)并公開 報道的，經(jīng)貝爾實驗室和日本村田制作所于 1961 年實用化，現(xiàn)在仍是以 BaTiO3 基和 V3O3 基為主 [3]。高分子基 PTC 復(fù)合材料是以有機聚合物 (大多數(shù)為結(jié)晶聚合物如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯和聚環(huán)氧乙烷等 )為基體，摻入炭黑、石墨或金屬粉、金屬氧化物等導(dǎo)電填料，經(jīng)過特殊設(shè)計，采用分散復(fù)合、層積復(fù)合以及形成表面導(dǎo)電膜等方式而制得的一種多相復(fù)合高分子導(dǎo)電體。前者起骨架與填料載體的作用 ,后者起電流通道的作用，受熱時聚合物膨脹，碳鏈斷裂形成高阻。它最先由 Frydman 在 1948 年首先發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)時沒有引起人們的重視。直到 1966 年 Kohler 報道了聚乙烯 炭黑復(fù)合材料具有 PTC 特性后，才引起人們的廣泛關(guān)注，工業(yè)化高分子基 PTC 復(fù)合材料是 20 世紀(jì) 80 年代初由美國首先開發(fā)成功的 [4]。陶瓷 PTC 熱敏電阻器是以鈦酸鋇為主要成分的高技術(shù)半導(dǎo)體功能陶瓷，當(dāng)溫度達到某定值時，其電阻值會顯著增加，特別是在居里溫度點附近電阻值躍升有 3~7 個數(shù)量級 [5]。雖然高聚物基的 PTC 材料準(zhǔn)變溫度低一些，但其成本低及易加工成型，可設(shè)計性好等特點是陶瓷基材料所不可代替的。在新產(chǎn)品方面研制出了片式 PTC 復(fù)合元件、多層結(jié)構(gòu) PTC 和高可靠性 PTC 等 [6]。目前我國的 PTC 加熱元件和 PTC 保護元件基本依靠進口。但中國石油天然氣集團公司和不少高校院所已投入力量開發(fā)高分子基 PTC 系列元件 [7]。 PTC 系列熱敏電阻應(yīng)用非常廣泛，涉及到許多領(lǐng)域具體表現(xiàn)在以下幾個方面： 在電路控制及傳感器中的應(yīng)用：晶體管溫度補償電路、測溫控溫電路、電風(fēng)扇、彩卷沖洗、電熱水器、電熱毯、日光燈、節(jié)能燈、電池充電、變壓器、取暖器、彩電、程控交換機等； 在電熱器具中的應(yīng)用：家用暖風(fēng)機、暖房機、干燥機 (柜 ) 、空調(diào)、干衣機、干手器、卷發(fā)器、電飯煲、暖手器、電熨斗 (烙鐵 ) 、電 吹風(fēng)、復(fù)印機、傳基于數(shù)據(jù)采集卡的敏感元件動態(tài)測試系統(tǒng) 2 真機等； 在汽車中的應(yīng)用：過載保護裝置、混合加熱器、低溫啟動加熱器、燃料加熱器、蜂窩狀加熱器、燃油液位指示器、發(fā)動機冷卻水溫度檢測表等 [8] 。 PTC 熱敏電阻器的阻溫特性 [9]示意曲線如圖 所示， Rn 為額定零功率電阻，Rmin 最小零功率電阻，相應(yīng)溫度為 Tmin； Rb 為開關(guān)電阻，相應(yīng)溫度 Tb 為開