当前位置:首页 > 测试测量 > 测试测量
[导读]摘要:根据远程网络应用环境下的温度测量需求,设计出一种基于以太网的远程多通道高精度温度数据采集系统。系统由下位机和远程主机构成,下位机硬件主要由温度传感器PT1000、仪用放大器INA128构成的调理电路、A/D转换

摘要:根据远程网络应用环境下的温度测量需求,设计出一种基于以太网的远程多通道高精度温度数据采集系统。系统由下位机和远程主机构成,下位机硬件主要由温度传感器PT1000、仪用放大器INA128构成的调理电路、A/D转换器MaX1300、32位微控器PIC32MX795以及物理网卡芯片构成,上位机为远程PC机。在恒流源的激励下,PT100电压的变化依赖温度的变化,经信号调理、16bitA/D转换后由PIC32MX795求解出高次方程的数值根即温度值,然后通过以太网发送给远程主机进行处理。系统充分利用PIC32MX795的计算性能,利用牛顿法直接寻找高次方程的数值根即为温度值,其测量精度优于0.1℃。系统长期工作稳定。

0 引言

一般的温度测量系统中,温度传感器常采用模拟热敏感器件如热电阻、热电偶或热敏电阻,或者集成数字式温度传感器等。其中,热电阻因为其测量精度高、性能稳定等综合原因在低温测量领域占有一席之地。本文设计的系统采用铂热电阻PT1000为温度传感器,测量范围为-50~250℃,采用高精度恒流源提供激励,利用高性能32位PIC单片机直接使用牛顿法寻求传感器的温度值,高次方程寻根计算时间是ms量级,且计算与测量精度优于0.1℃,从硬件电路和数值计算算法两方面共同保证了测量精度和系统的可靠性。

1 系统工作原理

系统总体框图如图1所示,远程端温度数据采集硬件原理框图如图2所示。恒流源激励PT1000产生的电压信号经过调理电路,送给A/D转换器MAX1300,转换的数字量送给32位处理器PIC32MX795计算出温度值。DS1302时钟电路为系统提供时间和日期。液晶显示模块LCD12864用以显示温度、时间和日期等信息。系统内嵌TCP/IP协议栈,可同时采集8路温度信号,并将采集的温度数据经过Internet发送至远程服务器进行分析和处理。

2 系统硬件设计

整个系统的精度和稳定性由恒流源激励和弱信号调理电路的精度、稳定性共同决定,因此,在系统的设计过程中,这两部分需要精心设计。

2.1 10 μA恒流源设计

本文系统中采用具有低失调电压的精密运放OP97为核心设计恒流源电路,为了有效降低系统电源的纹波,电源系统的电压采用变压器降压和线性LDO降压芯片构成的双电源供电,恒流源的设计中,采用由MAX1300的参考电压输出端提供系统的基准电压。由于恒流源电路与A/D转换电路使用同一个参考电压,降低了参考基准电压的漂移对系统测量结果的影响。恒流源电路如图3所示,恒流源的电流值设定为I=10 μA,其值由电阻器R4决定。电压基准、运放的静态偏置电流、电阻R2的温度稳定性和精度共同影响该电流源的性能,因此应选择稳定性好的高精度、低温漂电阻。

2.2 信号调理电路

微弱信号调理电路主要是由INA128、OP97构成的两级放大、滤波电路组成,如图4所示。INA128是仪用放大器,输入偏置电流小、精度高、增益设置和调节简单。通过一个接在INA128的1脚和8脚之间的电阻RG即可设置系统增益,增益G=1+49.4k/RG。系统的测量范围是0~200℃,PT1000对应的电阻值为1000~1940.981,根据恒流源设置,PT1000对应的输出电压为10~19.41mV,弱信号调理电路的输出电压为0~5V。因此,调理电路的放大和滤波设计为250倍放大,2阶低通30Hz滤波,最后送入A/D转换器的电压幅度为:2.5~4.8525V。

2.3 AD转换电路与TCP/IP通信模块电路

A/D转换器采用8通道、16位转换器MAX1300,微控器选用32位处理器PIC32MX795,连接关系如图5所示。MAX1300工作于外部时钟模式,由PIC32MX795的SPI口读写时钟提供A/D转换时钟,REF输出一个4.096V的基准电压作为恒流源参考电压。图6所示为DP83848的网络接口。

3 下位机系统软件设计

PT1000的阻值和温度的关系在-200~850℃范围内满足如下关系式:

温度和电阻值之间的关系不是线性关系,为了提高测量精度,传统的做法是利用近似的方法,分段进行线性化处理,在每一个温度范围内将温度和电阻值的关系看成是线性关系,然后用最小二乘法进行曲线拟合,通常对于计算能力不高的处理器,这种处理方法是一个首选的方案,但是对于PIC32处理器,利用该处理器的强大的计算能力进行科学计算应该是首选的方案。

3.1 利用牛顿迭代法求温度根

当0℃

3.2 温度与测量电压关系式

由精密I=10 μA恒流源电路和调理电路可知,A/D转换器件的输入电压为:

3.3 温度数据采集与远程发送流程

下位机利用牛顿迭代法实现温度数据的求取,然后利用精简的TCP/IP协议实现远程数据发送,温度转换及流程如图7所示。

4 实验结果与对比分析

在温度区间0~100℃用不同方法进行测量的温度与实际温度对照如表1所示,其中实际温度由WZPB-1型一级标准铂电阻温度计进行标定。

由表1的数据分析可知,在0~100℃区间上进行的测量比较,利用铂电阻的物理特性方程直接进行数值寻根计算求取温度值,方法可以保证在整个温度区间上保持精度一致。

5 结论

与WZPB-1型标准铂电阻温度计的对比实验结果表明,由温度传感器PT1000、A/D转换器MAX1300、微控器PIC32MX795和远程PC机构成的数据采集系统,系统结构简单,工作稳定、可靠,在硬件上保证了测量的精度;利用精简的TCP/IP协议栈实现了测量系统和远程系统之间稳定可靠的数据通信;系统的测温区间为-50~250℃,测量精度优于0.1℃。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

9月2日消息,不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司,随着阿维塔和赛力斯的入局,华为引望愈发显得引人瞩目。

关键字: 阿维塔 塞力斯 华为

加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日 /美通社/ -- 数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布,该公司与Amazon Web Services (AWS)签订了...

关键字: AWS AN BSP 数字化

伦敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODA V,这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具,可用于创建软件定义汽车。 SODA V工具的开发耗时1.5...

关键字: 汽车 人工智能 智能驱动 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行,同时企业却面临越来越多业务中断的风险,如企业系统复杂性的增加,频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性,提升韧性,成...

关键字: 亚马逊 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,据媒体报道,腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。

关键字: 腾讯 编码器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行,华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。

关键字: 华为 12nm EDA 半导体

8月28日消息,在2024中国国际大数据产业博览会上,华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称,数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。

关键字: 华为 12nm 手机 卫星通信

要点: 有效应对环境变化,经营业绩稳中有升 落实提质增效举措,毛利润率延续升势 战略布局成效显著,战新业务引领增长 以科技创新为引领,提升企业核心竞争力 坚持高质量发展策略,塑强核心竞争优势...

关键字: 通信 BSP 电信运营商 数字经济

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。 活动现场 NVI技术创新联...

关键字: VI 传输协议 音频 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上,软通动力信息技术(集团)股份有限公司(以下简称"软通动力")与长三角投资(上海)有限...

关键字: BSP 信息技术
关闭
关闭