【正文】 指導(dǎo)教師： 年 月 日 信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 溫度計(jì)量是計(jì)量學(xué)的一個(gè)重要分支，它在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中占有重要的地位。 1871 年，西門子 (Sir william Siemens)發(fā) 現(xiàn)了鉑電阻測溫原理，制造出第一支鉑電阻溫度計(jì)。之后，鉑電阻溫度計(jì)成為國際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器，并一直沿用至今。它以測量精確，線性好，重復(fù)性好，測量范圍大，體積小等的點(diǎn)被用在很多場合，其中鉑電阻傳感器被定為測溫的基準(zhǔn)。因?yàn)閭鞲衅鞯臉?biāo)定既復(fù)雜又要求苛刻，且成本較高。 本文采用 atmega16 單片機(jī)作為處理的核心部分；用 pt100 作為溫度傳感器，由于atmega16單片機(jī)自帶有 A/D 轉(zhuǎn)換功能，把采集到的溫度經(jīng)放大后直接送到 atmega16單片機(jī)，經(jīng)過 atmega16 單片機(jī)處理后送到顯示器，顯示器將顯示采集的溫度，這樣就能夠達(dá)到題目的要求，而且其準(zhǔn)確性也較高。s daily life, industrial and agricultural production,scientific experiments and many other aspects are all connected closely to the temperature metrology. In 1871, Sir william Siemens discovered the principle of temperature measurement of platinum resistor and created the first platinum resistance thermometer in the world. , The platinum resistance thermometer technics was improved by Hugh Callendar in 1887 . At the same time he developed bridge for measuring temperature and made out the famous Callendar39。s thermometer has been used as a standard instrument to international temperature scale. Metal heat resistance was widely used as temperature pickup in many situations for its precision measurement, good linearity and repetitiveness, great measuring range and minute extension. Callendar39。它是人類探知自然界信息的觸覺，為人們認(rèn)識(shí)和控制相應(yīng)的對象提供條件和依據(jù)。 在信息化社會(huì)，幾乎沒有任何一種技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用能夠離得開傳感器和信號(hào)探測技術(shù)的支持。傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來的高技術(shù)之一，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。傳感器技術(shù)是測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)、聲學(xué)、精密機(jī)械、材料科學(xué)等眾多科學(xué)相互交叉的綜合性高新科技技術(shù)密集型前沿技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于航天、航空、國防科研、信息產(chǎn)業(yè)、機(jī)械 、電力、能源、交通、冶金、石油、建筑、郵電、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)測預(yù)防、農(nóng)業(yè)、機(jī)器人、家電等各個(gè)領(lǐng)域，可以說幾乎滲透到人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。其測量控制一般應(yīng)用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。金屬鉑的電阻值隨溫度變化而變化基本成線形關(guān)系，并且具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性， 測量精度高，是目前公認(rèn)制造熱電阻的最好材料。 國內(nèi)外研究的發(fā)展及現(xiàn)狀 溫度傳感器的的概述及發(fā)展現(xiàn)狀 二十一世紀(jì)是人類全面進(jìn)入信息電子化的時(shí)代，作為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大核心技術(shù)之一信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 2 的傳感技術(shù)，將是二十一世紀(jì)世界各國在高新技術(shù)發(fā) 展方面爭奪的一個(gè)重要領(lǐng)域，其水平高低是衡量一個(gè)國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之二。八十年代以來，西方國家一直將此列為重點(diǎn)發(fā)展高新技術(shù)。目前全行業(yè)正在執(zhí)行“十一五”計(jì)劃， MEMS等 5項(xiàng)新型傳感器已列入研究開發(fā)的重點(diǎn)。 傳感器作為信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。同時(shí)多種高精度、高分辨力的溫度傳感器已在相繼推出與研制。轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為 27us。 近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段： 1．傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 (含敏感元件 )； 2．模擬集成溫度傳感器／控制器； 3．智能溫度傳感器。智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 )是在二十一世紀(jì)九十年代中期闖世的。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器。進(jìn)入二十一世紀(jì)后智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、‘開發(fā)基于傳感器硬件和計(jì)算機(jī)平臺(tái)、并通過軟件開發(fā)而成的，利用軟件可完成傳感器的標(biāo)定及校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能指標(biāo)的虛擬傳感器和包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方 向迅速發(fā)展” 信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 3 傳感器檢測技術(shù)概述及發(fā)展現(xiàn)狀 工業(yè)設(shè)備在制造過程及整機(jī)性能測試中離不開各種機(jī)械量和幾何量，有些工業(yè)設(shè)備在運(yùn)行中還要經(jīng)常對多種物理量進(jìn)行檢測或監(jiān)視，實(shí)際生產(chǎn)、生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中還會(huì)遇到化學(xué)量、生物量 (包括醫(yī)學(xué) )，而所有這一切，從信號(hào)工程的角度來看，都需要通過傳感器，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào) (近代還可以轉(zhuǎn)換成光信號(hào) )，而后再進(jìn)行信號(hào)的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、控制從信息的角度看，這些信號(hào)連同聲音和圖象信息都是信息的源頭，所以傳感器和檢測儀表、測量儀表是信息科學(xué)技術(shù)的三部分 (信息獲取、信息傳輸、信息處 理 )中的重要部分。 綜上所述，作為工業(yè)設(shè)備本身增加傳感器和檢測儀表、測量儀表或提供接口，是 傳統(tǒng)設(shè)備更新?lián)Q代的必要條件。新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)，是二十一世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。微電子機(jī)械加工技術(shù)，包括微機(jī)械加工技術(shù)、表面微機(jī)械加工技術(shù)、 LIGA技術(shù) (X光深層光刻、微電鑄和微復(fù)制技術(shù) )、激光微加工技術(shù)和徽型封裝技術(shù)等。傳感器的檢測儀表，在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上，內(nèi)置微處理器，或把微傳感器和微處理器及相關(guān)集成電路 (運(yùn)算放大器、 A/D或 D/A、存貯器、網(wǎng)絡(luò)通訊接口電路 )等封裝在一起完成了數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。除 MEMS外，新型傳感器的發(fā)展還有賴于新型敏感材料、敏感元件和納 米技術(shù)，如新一代光纖傳感器、超導(dǎo)傳感器、焦平面陳列紅外探測器、生物傳感器、納米傳感器、新型盆子傳感器、微型陀螺、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、智能傳感器、模糊傳感器、多功能傳感器等。有鑒于傳感器技術(shù)的微型化、智能化程度提高，在信息獲取基礎(chǔ)上，多種功能進(jìn)一步集成以至于融合，這是必然的趨勢。多傳感器數(shù)據(jù)融 合的定義概括為：把分布在不同位置的多個(gè)同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對其進(jìn)行分析，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補(bǔ)，降低其不確定性，獲得對被測對象的一致性解釋與描述，從而提信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 4 高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息。由于它比單一傳感器信息有如下優(yōu)點(diǎn)，即容錯(cuò)性、互補(bǔ)性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性，所以逐步推廣應(yīng)用。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)概述及發(fā)展現(xiàn)狀 信息社會(huì)的發(fā)展，在很大程度上取決于信息與信號(hào)處理技術(shù)的先進(jìn)性。數(shù)據(jù)采集技術(shù) (Data Acquisition)是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存貯、處理以及控制等作業(yè)。相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。后者對被測設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由現(xiàn)場總線上傳至上位機(jī)，經(jīng)上位機(jī)進(jìn)行處理后，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，適用于對多個(gè)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)的場合。與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。采用這種設(shè)計(jì)，系統(tǒng)制造簡單、成本低。 本課題研究的內(nèi)容 （ 1） 通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解數(shù)字溫度計(jì)的發(fā)展歷程，對數(shù)字溫度計(jì)的現(xiàn)狀，技術(shù)水平和發(fā)展趨勢有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)和了解； （ 2） 研究溫度傳感器的理論原理和發(fā)展應(yīng)用； （ 3） 研究溫度的采集過程，將微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行放大，及其通過 atmega16單片機(jī)處理過后怎樣將溫度顯示出來； （ 4） 研究由于溫度與電阻值的非線性變換，采用怎樣的校正電路進(jìn)行校正。 方案二： 采用 MAXIM公司生產(chǎn)的 DS18B20來采集溫度， DS18B20是采用 1— wire總接口的數(shù)字溫度計(jì)，測量溫度范圍為 55℃ — +125℃，精度可達(dá)到 0。這器件可用一根引與處理器相連，以串行方式將數(shù)據(jù)送到處理器，經(jīng)處理器處理后直接顯示。而方案一沒有采用控制，直接把溫度顯示出來就完了。 （ 2）傳感器部分 方案一、三的傳感器可以選一樣，可以選熱敏電阻和其它的傳感器，但我們這里選用了pt100。所以傳感器 D/A 顯示器 DS18B20 單片機(jī) 顯 示 鍵盤 Pt100 溫度傳感器 單片機(jī) 顯示 鍵盤 放大器 信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 6 沒有采用這種傳感器。方案二、三都是采用了單片機(jī)在內(nèi)部遠(yuǎn)算之后，才由顯示部分顯示出來?？墒菫榱藢W(xué)的知識(shí)系統(tǒng)的組合起來，我選擇第三種方案，此方案不僅用到了單片機(jī)，還用到了模電和數(shù)點(diǎn)知識(shí)。 信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 7 3 測量電路理論基礎(chǔ) 鉑電阻的選取 早在十九世紀(jì)末，人們就開始使用電阻法進(jìn)行溫度測量。直到今天，鉑電阻依舊是國際實(shí)用溫標(biāo)中的一種重要的內(nèi)插儀器。C) 或金的凝固點(diǎn) (+176。 鉑電阻的特點(diǎn) 任何 物體的電阻都與溫度有關(guān)，因此，都可以用它們來測量溫度．但能滿足實(shí)際要求的不多．因?yàn)閷?shí)際溫度測量元件不僅要求有較高的靈敏度而且要求有較高的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性，金屬熱電阻是最普遍的一種，其最大的特點(diǎn)是穩(wěn)定性好，以鉑電阻的精度最高．它不僅廣泛用于工業(yè)測量，更重要的事它還能制成標(biāo)準(zhǔn)的和基準(zhǔn)的溫度計(jì)．鉑熱電阻的特點(diǎn)為： （ 1） 有較高的電阻一溫度系數(shù) ? ， ? 表示為 11..dR dRR dt R dt? ? ? （ ） 式中， R為熱電阻的阻值， dR/dt為熱電阻的電阻值隨溫度的變化率．一般電阻溫度系數(shù)與金屬的純度有關(guān)，金屬愈純則 ? 值愈大，電阻與溫度的關(guān)系并非線性關(guān)系，故多用溫度 R100和 R0的電阻比值 RIOO／ Ro代表 0176。C 之間的平均溫度系數(shù)，如 ??pt= 103[1/K] ??Cm= 103[1/K] ??Nt= 103[1/K] （ 2） 材料的電阻率大．這樣可以是熱電阻的體積做得更小，測溫時(shí)的熱慣性也?。毫硗怆娮杪瘦^大時(shí)，可用較短較粗的金屬絲制造 R0值較大的熱電阻體，從改善機(jī)械性能和穩(wěn)定性．如在 0176。 信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 8 （ 4）滿足對溫度傳感器的基本要求．如靈 敏度大，線性好，復(fù)現(xiàn)性高，響應(yīng)時(shí)間小，價(jià)格便宜，物理化學(xué)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn) 。桿式的上限溫度很高可使其溫度范圍在 183176。C 和 O176。C ，分別 稱為中溫鉑電阻和高溫鉑電阻。C — +200176。而在工業(yè)上廣泛應(yīng)用