发布时间 : 星期二 文章基于单片机的温度巡检系统的设计更新完毕开始阅读ab9e01fc941ea76e58fa046e
第一章 概述
1.1 课题的提出
测量是运用专门的工具，根据物理、化学、生物等原理，通过试验和计算找到被测量的量值。测量的目的就是尽可能准确的及时收集被测对象的状态信息，以便对生产过程进行正确的控制。测量是人类人士和改造世界的一种不可缺少和替代的手段。历史事实也已证明：科学的进步，生产的发展和进步是相互依赖、相互促进的。测量技术是一个国家的科学技术的水平的反应。科学和技术的发展是与测量水平并行进步，相互匹配的。事实上，可以说，评价一个国家的科技动态，最简单快速的办法就是评价这个国家的测量技术以及测量数据是如何被利用的 。
在暖通空调专业中，供暖、空调、制冷效果检验；建筑热工特性的测量；新型建筑材料的特性检验；建筑节能的研究；空暖热网，通风、空调系统、燃气配管网、给排水网等系统的运行和特性研究中，都需要对温度、压力等参数进行测量。
这些领域的测量具有本身独特的特点，例如在供暖网的系统中，它存在如下特点： （1）作用半径大，测点分散。对于一个城市的集中供暖网的系统，它的覆盖面广，系统大，。这样测量供暖网不通点的运行参数时，测点就相当分散。
（2）管网运行参数需要分时记录。要对管网的运行进行分析研究，管网的分时运行参数的测量和记录非常重要。一般要求在管网运行的期间，按一定的顺序检测和记录运行参数。
此外还有节能建筑的效果检验，它需要对节能建筑和非节能建筑的功耗进行比较，这同样需要对建筑物内的房间进行分时的测量和记录。但它也存在如同供暖效果检验的一些困难。另外一些别的专业的科学试验中，温度也是非常重要的一个测量参数。
综上所述，由于温度的测量存在上述的问题，就需要由一种方便使用的测量仪表，能进行时时的检测，能进行数据的记录，长期自动运行不需要人为的干预。在这种情况下，本文设计了一种方便使用的数码显示温度数据采集器（以下简称温度数据采集器）分别采用Pt100铂电阻和热电偶作为温度传感器来采集数据。并运用三线制接法和冷端补偿的方法用来分别消除热电阻和热电偶的测量误差。
本温度数据采集器在设计时，为了满足实时检测的要求，采用16路传感器轮流检测，从而实现温度巡检的实时数据采集。微处理器采用稳压电源进行供电，这样可以省去电池供电所带来的如工作时间有限电压不稳定以及电压的下降而影响整个系统的工作精度和稳定性的问题。
1.2温度概况
温度是一个很重要的物理参数，自然界中任何物理。化学过程都紧密地与温度相联系。在工业生产过程中，温度检测和控制都直接和安全生产、产品质量生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系，因此在国民经济的各个领域中都受到普遍重视。温度检测仪表作为温度计量工具，因此也得到广泛应用。随着科学技术的发展，这类仪表的发展也日新月异。特别是随着计算机技术的迅猛发展，以单片机为主的嵌入式系统已经广泛应用于工业控制领域，形成了智能化的测量控制仪器，从而引起了仪器仪表结构的根本性变革。
1.2.1 温度检测仪表的现状
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传统的机械式检测仪表在工矿企业之中已经有上百年的历史了。一般均具有指示温度的功能。由于测温原理的不同，不同的仪表在记录、远传等方面的性能差别很大。例如热电阻温度计，他的测温范围是－200℃~650℃,测量准确，可用于低温或温差测量，能够指示报警、远传、控制变送，但维护工作量大而且不能记录；光学温度计测量范围是300℃～3200℃，携带使用方便，价格便宜，但是他只能目测，也就是说必须熟练才能测准，而且不能远传、控制变送等。
近年来由于微电子学的进步以及计算机应用的日益广泛，智能化测量控制仪表已经取得了极大的进步。我国的单片机开发应用始于80年代，在这20 年中单片机应用纵向发展，技术日益成熟。以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，可以轻易的将计算机技术与测量技术结合在一起。智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理已经功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用单片机使之成为智能仪表的。从技术的背景来说，硬件集成电路的不断发展和创新也是一个很重要的因素。各种集成电路芯片都在朝超大规模、全CMOS化的方向发展，从而使用户具有了更大的选范围，这类仪器能够解决许多传统仪器不能或不易解决的问题，同时还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，降低仪表的成本以及加快新产品的开发速度。
智能化控制仪表的整个工作过程都是在软件的控制下自动完成的。装在仪表内部的EPROM中的监控程序由许多程序模块组成，每易各模块完成一种特定的功能，例如实现算法、接受并分析键盘输入命令等。编制完善的监控程序的某些模块，能够取代某些硬件电路的功能。这就为设计者扩展或改变仪表集体功能提供了方便。
智能控制仪表在引入单片机之后，已经降低了对某些硬件电路的要求，但是测试电路仍然占有很重要的位置，尤其是直接获取被测信号额传感器部分仍应给予充分的重视，有时提高整台仪器性能的关键仍然是在于测试电路尤其是传感器额改进。现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。传感器正朝着小型、固态、多功能和集成化的方向发展。由许多的国家正致力于将微处理器与传感器集成于一体，以构成超小型、廉价的测量仪器的主体。
与国内已经出现的各种各样的智能化测量控制仪表相比，国际上更是品种繁多。国内的开发规模也相对较小，开发费用相对较高，与国际相比还存在很大的差距
1.3.1 课题背景
温度的精确测量是工业生产领域中的一个经典课题，在温度检测系统中，特别是智能仪表中，测量变换电路起着非常重要的作用。
设计测量变换电路时，我们是从分析传感器性能入手，通过适当的补偿,综合出一个较满足期望指标的测量变换电路来。
目前，广泛使用的温度传感器有4类：热电阻，热电偶，热敏电阻及集成电路温度传感器。本文介绍的检测系统，采用的是热电阻元件测温。热电阻具有精度高，性能稳定，互换性好，耐腐蚀及使用方便等一系列优点，一直是工业测控系统中广泛使用的一种比较理想的测温元件，缺点是不能在高温环境中使用。
使用热电阻时，必须把它放在测温现场，因此从测温点到测量变换电路之间引线较长，即使不计热噪电阻，导线自身电阻r也相当可观(50～100m时r＝4～10Ω)。与热电阻变化率相比，显然，连线电阻对测量精度影响很大。当采用模拟开关作多点间的切换测温时，由
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于模拟开关导通电阻有几十欧姆～几百欧姆，并且通道间导通电阻相互差有几欧姆～几十欧姆，这也给测量电路引入不可忽视的测量误差，热电阻数学模型中的二次非线性项对测量精度的影响更是不言而喻[2]。
因此，只有消除上述误差，或是控制在期望指标的允许误差内才能设计出一个比较完好实用的多点温度检测系统。
1.3.2选题意义
随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。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。 系统采用是热电阻元件测温，热电阻具有精度高，性能稳定，互换性好，耐腐蚀及使用方便等一系列优点，一直是工业测控系统中广泛使用的一种比较理想的测温元件。能对多点的温度进行实时控制巡检，各检测单元能独立完成各自功能，根据主控机的指令对温度进行实时或定时采集。能广泛用也各种工业领域，如：自行车烤漆，粮食的储存等，所以具有实用的现实意义。
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第二章 系统设计方案的研究
2.1系统的性能要求
设计一个多路温度监测系统，要求检测范围为：0℃--400℃，检测分辨率为：±0.1℃,各检测器与主控器之间的距离?100米,各显示器单元可显示检测的温度值，设计并制作个检测器以及主控器所用的直流稳压电源，由单相220V交流电压供电。经过改进的系统具有较好的快速型与较小的超调，以及数码管显示及测量精度提高等。
2.2方案的分析比较 2.2.1 测量部分
方案一 采用热敏电阻，可满足40~90℃的测量范围，但热敏电阻精度，重复性，可靠性都比较差,对于检测小于1℃的温度信号是不适用的。
方案二 采用温度传感器AD590。它具有较高的精度和重复性，相比于热敏电阻精度有所提高，但非线性误差为±0.3℃，且检测温度范围为：-55~+155℃，不满足题目要求。
方案三 采用Pt100。它的国际测温标准为：-40~+450℃，可选环境温度为：-40~70℃，精度为：±0.1℃，完全符合要求。且安装尺寸小，可直接安装在印刷电路板上，可焊SIP封装。
方案四 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，其优点是测量精度高、测量范围广，常用的热电偶从-50℃至+1600℃均可连续测量。但需采用电路或软件设计等修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响，使用不便。
综上比较分析，选择方案三，以便于更好的提高测量精度。
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2.2.2多机远程通信部分
方案一 一般微机提供的标准接口为RS232，它的接口是一种用于近距离(最大30－60米)、慢速度、点对点通讯的通讯协议，在RS232中一个信号只用到一条信号线，采取与地电压参考的方式，因而在长距离传输后，发送端和接收端地电压有出入，容易造成通讯出错或速度降低。
方案二 RS485接口采用不同的方式：每个信号都采用双绞线(两根信号线)传送，两条线间的电压差用于表示数字信号。例如把双绞线中的一根标为A(正)，另一根标为B(负)，当A为正电压(通常为+5V)，B为负电压时(通常为0)，表示信号“1”；反之，A为负电压，B为正电压时表示信号“0”。RS485/422允许通讯距离可达到1200米，采用合适的电路可达到2.5MB/s的传输速率[4]。
综上比较分析，方案二具有更高的精度和测量距离远的优势，选择方案二。
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