【正文】 2).電源模塊：為各個電路模塊提供電源，本系統(tǒng)采用的電源芯片為 TL43LM29 LM7812。而且 傳輸距離有限，最大傳輸距 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 19 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 離標準值為 50 英尺，實際上也只能用在 15 米左右 。上位機軟件系統(tǒng)、測溫探頭之間的通過 RS232 總線進行通訊 ， 圖 為系統(tǒng)的設(shè)計框圖 。當點擊“停止顯示”后，溫度波形將不再顯示。中間位置主要是顯示窗口，左邊則是顯示溫度的波形的。 圖 （ a） Visual Basic 操作 界面 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 17 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 (b) 溫度測量監(jiān)控 界面 為了滿足系統(tǒng)設(shè)計的需求，此上位機具備了多項功能。 Visual Basic 上位機系統(tǒng) Visual Basic 是一種由微軟公司開發(fā)的包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動編程語言。 5 、提供了強大的查錯功能。 圖 Protel DXP 2020 操作 界面 Protel DXP 2020 的有如下特點： 1 、通過設(shè)計檔包的方式，將原理圖編輯、電路仿真、 PCB 設(shè)計及打印這些功能有機地結(jié)合在一起，提供了一個集成開發(fā)環(huán)境。 Protel DXP 2020 已不是單純的 PCB（印制電路板）設(shè)計工具，而是由多個模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是 SCH（原理圖）設(shè)計、 SCH（原理圖）仿真、 PCB（印制電路板）設(shè)計、 Auto Router（自動布線器）和 FPGA 設(shè)計等，覆蓋了以 PCB 為核心的整個物理設(shè)計。該集成環(huán)境是一個多線程應用，能在內(nèi)存中保存狀態(tài)信息、符號變和對象代碼，從而提高操作速度；能夠跟蹤代碼變化，進行自動編譯和連接。 CodeWarrior 分為 3 個版本 ：特別版、標準版和專業(yè)版，其中特別版是免費的。此外，在使用一些特殊的傳感器來實現(xiàn)特殊功能時，還要采用其他的濾波算法。而采樣速率是指完成一次 A/D 采樣所花費的時間。而逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率高，常用于 MPU 中。 模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換 模塊 A/D 轉(zhuǎn)換模塊（ Analog To Digital Convert Module）即模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其功能是將外部的電信號轉(zhuǎn)換相應的數(shù)字信號。編程時，程序員并不直接與 “發(fā)送移位寄存器 ”和 “接收移位寄存器 ”打交道，只與數(shù)據(jù)寄存器打交道，所以 MCU 中并沒有設(shè)置 “發(fā)送移位寄存器 ” 和 “接收移位寄存器 ”的映像地址。為了能夠設(shè)置通信格式、是否校驗、是否允許中斷等， SCI 應具有 相應的 控制寄存器。中斷機制是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施之一，它在系統(tǒng)中起著通信網(wǎng)絡作用，以協(xié)調(diào)系統(tǒng)對各種外部事件的響應和處理。 MCU 在進行 實時控制、故障自動處理、計算機與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送 時 往往采用中斷系統(tǒng)。具體設(shè)置 過程 可以 參考 MC9S12XS128 數(shù)據(jù)手冊 。由于 MCU 的支撐電路一般需要 外部時鐘源向 MCU 提供時鐘信號，由于過高頻率的外部時鐘容易受到干擾，則一般外部時鐘選擇一般不能使用太高的頻率。 MC9S12XS128就是 S12X系列中的一個成員。HC12核心是 16位高速 CPU12核，總線速度 8MHZ； HCS12系列單片機以速度更快的CPU12內(nèi)核為核心，簡稱 S12系列，典型的 S12總線速度可以達到 25MHZ。 通常使用的鉑電阻溫度傳感器有 Pt100， Pt1000，按 IEC751 國際標準 ， 溫度系數(shù) TCR=， Pt100（ R0=100Ω）、 Pt1000（ R0=1000Ω）為統(tǒng)一設(shè)計型鉑電阻。 熱電阻 Pt1000 介紹 0 5 0 1 0 01 0 0 0 . 0 01 3 8 5 . 0 61 1 9 3 . 9 7R （ Ω ）T ( ℃ ) 圖 Pt1000 溫度特性曲線 鉑電阻傳感器是利用金屬鉑（ Pt）的電阻值隨溫度變化而變化的物理特性而 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 11 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 制成的溫度傳感器。 三線制要求引出的三根導線截面積和長度均相同，測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個橋臂電阻，將導線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，當橋路平衡時，通過計算可知 ： 13 1t22RR RrR = + r (21) 其中 r 為導線等效電阻， 當 R1=R2 時，導 線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響，這樣就消除了導線線路電阻帶來的測量誤差，但是必須為全等臂電橋，否則不可能完全消除導線電阻的影響，但分析可見，采用三線制會大大減小導線電阻帶來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制接法。 工業(yè)用熱電阻 安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對 測量結(jié)果 會有較大的影響。 工作原理 熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 9 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第二章 傳感器、單片機及開發(fā)工具 熱電阻 熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫 度檢測器。對于自熱效應，根據(jù)元件發(fā)熱公式 P=I2R，必須使流過元件的電流足夠小才能使其發(fā)熱量小，傳感器才能檢測出正確的溫度。高精度的溫度測量能夠提高生產(chǎn)的安全性和產(chǎn)品質(zhì)量。 如超過 ℃ 就意味著出現(xiàn)事故 , 人員可能就要撤離。還有一種測量鋼水溫度的消耗型光纖溫度傳感器 ,也是基于以上原理 ,由普通石英光纖實現(xiàn)測溫 ,因其價格低、準確度高的特點可以取代消耗型貴金屬熱電偶。(4)從點測量發(fā)展到二維面測量 。 2)輻射測溫技術(shù) 隨著光電和紅外探測器的發(fā)展 ,出現(xiàn)了多種多樣的紅外測溫儀 ,紅外測溫技術(shù)得到了更多的應用。 傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻測溫方法以其技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點 ,在未來溫度測量領(lǐng)域中 ,依然能夠廣泛使用。 在溫度測量方面各國均取得了很多成果 ,其中前蘇聯(lián)的壓電石英頻率溫度計分辨能力可達 ℃ ,理論上可達 ℃ ,而且在 40℃ ~230℃范圍內(nèi)具有溫度與頻率的線性特性 。只有對黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實溫度。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。 常用溫度傳感器的分類 溫度傳感器是溫度測量儀表的核心 部分，品種繁多。 隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高 ,人們也迫切需要檢測與控 制溫度 :如大氣及空調(diào)房中溫度的高低 ,直接影響著人們的身體健康；在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線上 ,環(huán) 境溫度不適當 ,會嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量；恒溫育苗室內(nèi)溫度的控制對育苗的質(zhì)量影響也很大。從 17 世紀初人們開始利用溫度進行測量。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要 前提 。系統(tǒng)通過單片機的片內(nèi) A/D 模塊，把測溫電橋的輸出信號采集到單片機內(nèi)部，再設(shè)定和調(diào)試相關(guān)參數(shù)，把溫度數(shù)據(jù)通過 RS232 串口線上傳給上位機，再由上位機進行控制及相關(guān)參數(shù)的實時顯示和記錄。 摘 要 溫度的精密控制對現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的影響越來越深，而高精度的溫度測量技術(shù)是決定溫度控制精度的前提。通過多次試驗，該測溫系統(tǒng)能夠可靠的工作。溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。在半導體技術(shù)的支持下，本世紀相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。 溫度傳感器 作為在各種控制場合經(jīng)常使用的傳感器，它的性能好壞會直接影響到系統(tǒng)性能。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類 : 接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱溫度計。但對于運動體、小目標或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差，常 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 6 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 用的溫度計有雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、電阻溫度計、熱敏電阻和溫差電偶等。最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。如欲測定物體的真實溫度，則必須進行材料表面發(fā)射率的修正。日本利用所謂石英溫度頻率轉(zhuǎn)換器 80℃ ~200℃的溫度范圍 ,最大分辨率達 ℃ 。隨著新材料、新工藝以及一些新技術(shù)的發(fā)展 ,其應用范圍更加拓展。具體表現(xiàn)在 :(1)測溫范圍從高溫、中溫向中、低溫部分拓展 。(5)紅外測溫儀具有小型化和智能化的特點。 基于 Pt1000 的高精度溫度采集系統(tǒng) 研究意義 在工業(yè)和醫(yī)學等諸多領(lǐng)域，高精度的溫度測量都有著很廣泛的應用。因此水溫差測量是煉鐵過程中的一項重要工作 , 水溫差測量的精度 要求也很高 [6]。 待解決的問題 精密化學、生物醫(yī)藥、精細化工、精密儀器等領(lǐng)域?qū)囟瓤刂凭鹊囊髽O高，而溫度控制的核心正是溫度測量。但是過小的電流又會使信噪比下降，精度更是難以保證。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。 工業(yè)測量 用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵 —鎳 、 鎢 、 銀 等。熱電阻大