1、毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 远程温度采集仪的设计 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 国内外研究动态： 在生产和科学研究中，为了便于测量结果准确一致，需要给物体冷热程度定量的描述。固此，有必要建立适当的标尺来衡量物体的冷热程度，以便科学地描述物体各种性能随温度变化的关系。温标就是温度的数值表示方法，它是借助于随温度变化而变化的物理量来定义温度数值的。各种各样温度计的数值都是由温标来决定的。所可以说温标就是温度的标尺。温标是表示温度数值的一套规则，它明确了温度 的单位。温度测量离不开温标的概 念，温标是温度测量中的参照标准 。随着社会生产及科学技术的进步 ，温标的复现
2、也在不断地发展。大约每 2 0 年对温标作一次较大的修改或更新 。 1990 年国际温标是根据第 18 届国际计量大会第 7 号决议的要求，由第 77 届国际计量委员会于1989 年会议通过的。 本世纪初国际权度局制定的“标准温标范” 范围从 0到 100，其复现性为0.02 ，随着科学技术的发展，标准温标的复现精度大幅提高，前苏联计量科学研究院在 0 400范围内温标定点精度达 0.0005 ， 美国标准局水三相点的温度复现性达 0.0001 。 最早的温度计是在 1593 年由意大利科学家伽利略 (1564 1642)发明的。他的第一只 温度计 是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻
3、璃泡。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。这种 温度计 ，受外界大气压强等环境因素的影响较大，所以测量误差大。 伽利略发明的第一个温度计点击此处查看全部新闻图片 后来伽利略的学生和其他科学家，在这个基础上反复改进，如把玻 璃管倒过来，把液体放在管内，把玻璃管封闭等。 比较突出的是法国人布利奥在 1659 年制造的 温度计 ，他把玻璃泡的体积缩小，并把测温物质改为水银，这样的温度计已具备了现在温度计的雏形。以后荷兰人华伦海特在 1709 年利用酒精，在 1714 年又利用水银作为测量物质，制造了更
4、精确的 温度计 。他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度；经过反复实验与核准，最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为 0 ，把纯水凝固时的温度定为 32 ，把标准大气压下水沸腾的温度定为 212 ，用 代表华氏温度，这就是华氏 温度计 。 在华氏温度计出现的同时，法国人列缪尔 (1683 1757)也设计制造了一种 温度计 。他认为水银的膨胀系数太小，不宜做测温物质。他专心研究用酒精作为测温物质的优点。他反复实践发现，含有 1/5 水的酒精，在水的结冰温度和沸腾温度之间，其体积的膨胀是从1000 个体积单位增大到 1080 个体积单位。因此他把冰点和沸点之间分成 80 份
5、，定为自己温度计的温度分度，这就是列氏 温度计 。 华氏温度计制成后又经过 30 多年，瑞典人摄尔修斯于 1742 年改进了华伦海特温度计的刻度，他把水的沸点定为零度，把水的冰点定为 100 度。后来他的同事施 勒默尔把两个温度点的数值又倒过来，就成了现在的百分温度，即摄氏温度，用 表示。华氏温度与摄氏温度的关系为 9/5 +32，或 5 9( -32)。 现在英、美国家多用华氏温度，德国多用列氏温度，而世界科技界和工农业生产中，以及我国、法国等大多数国家则多用摄氏温度。 随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也不断地改进和提高。由于测温范围越来越广，根据不同的要求，又制造出不同需要
6、的测温仪器。下面介绍几种。 气体 温度计 多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测 温范围很广。这种温度计精确度很高，多用于精密测量。 电阻温度计分为金属电阻温度计和半导体电阻 温度计 ，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用。它的测量范围为 -260 至 600 左右。 温差电偶温度计是一种工业上广泛应用的测温仪器。利用温差电现象制成。两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端，另两端与测量仪表连接，形成电路。把工作端放在被测 温
7、度计 ，工作端与自由端温度不同时，就会出现电动势 ，因而有电流通过回路。通过电学量的测量，利用已知处的温度，就可以测定另一处的温度。这种 温度计 多用铜 康铜、铁 康铜、镍铭 康铜、金钴 铜、铂 铑等组成。它适用于温差较大的两种物质之间，多用于高温和低浊测量。有的温差电偶能测量高达 3000 的高温，有的能测接近绝对零度的低温。 高温 温度计 是指专门用来测量 500 以上的温度的 温度计 ，有光测 温度计 、比色 温度计 和辐射温度计。高温 温度计 的原理和构造都比较复杂，这里不再讨论。其测量范围为 500 至 3000 以上，不适用于测量低温。 选题的依据和意义： 温度是 表征物体冷热程度
8、的物理量，是国际单位制中七个基本物理量之一。温度测量是工业、农业、国防和科研等部门最普遍的测量项目。它在工农业生产、现代科学领域及高新技术开发中也是一个极其普遍而且重要的测量参数。随着科学技术水平的不断提高，温度测量技术也得到了不断的发展。 实用的温度传感器种类繁多，但在工业部门多采用辐射温度计及热电偶。热电偶与热电阻约占 1/3，这与日本铁钢协会的调查结果相符。国内绝大部分采用接触式测温，热电偶与热电阻的用量占 98% 。国外辐射测温技术的蓬勃发展，已引起国内有关人士的重视，近几年有了明显变 化。 温度测量方法有很多，测量原理也多样性。一般分为接触式测温方法和非接触式这两大类。接触式测量方法
9、一般包括膨胀式测温、电量式测温、触式光电和热色测温等几大类。接触式测温法在测量时需要与被测物体或介质充分接触 ,一般测量的是被测对象和传感器的平衡温度 ,在测量时会被测温度有一定干扰。非接触式测温方法主要包括辐射式测温、光谱法测温、微光干涉测温、声波和微波法测温。非接触式测温方法不需要与被测对象接触，因而不会干扰温度场，动态响应特性一般也很好，但是会受到被测对象表面状态或测量介质物性参数的影响。 传统的热电偶、热 电阻测温方法以及技术的成熟、结构简单、使用方便等特点，在未来温度测量领域中，依然能够广泛使用。随着新材料、新工艺以及一些新的技术的发展，其应用范围更加拓展。在传感器结构改进方面，出现
10、了薄膜温度传感器，它是随着薄膜技术的成熟而发展起来的新型微传感器，其敏感元件为微米级的薄膜，具有体积小、热干扰小、热动态响应时间短、灵敏度高、集成和安装的特点，且具有耐磨、耐压、耐热冲击和抗剥离的优良性能，特别适合微尺度或小空间温度测量、表面温度的测量等场合。近年来发展的陶瓷薄膜热电偶，可以测量更高的温度，克服了金属薄膜热电偶的 一些催化效应和冶金效应等缺点，在高温表面温度测量领域应用更为广泛。在热电偶材料方面，一些类型的热电偶得到了提高，并出现了一些新型热电偶类型：（ 1）型热电偶越来越来受到重视。与型热电偶相比，型热电偶的高温稳定性与使用寿命均明显提高。目前国外型热电偶得到了广泛的应用，而
11、国内应用仍旧不是很普遍，但随着对加工产品质量控制要求的提高， N 型热电偶使用将会越来越广泛；（ 2）钨铼热电偶抗氧化技术得到了发展，拓宽了其应用领域；（ 3）一些非标准分度的金属、非金属热电偶正在研究并逐渐得到应用。随着光电和红外线探测器的发展 ，出现了多种多样的所谓的辐射式测温技术，如红外测温仪，红外测温技术也得到了更多的应用。近几年光纤测温技术是温度测量技术发展的重点之一，利用其原理制作的光纤多点温度传感器，可以应用在油井温度测量、大坝或地质灾害监测、飞机蒙皮的健康监测等场合。 在动力工程中，利用热电阻作为传感器最为广泛，研究此类课题，对当今工业领域有着重要意义。热由于其在测温时它与被测
12、物体直接接触不受中间介质的影响，所以在工业温度测量有较高的准确性。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 研究的基本内容： 1、设计一套远程温度采集设 备。 2、采集温度范围 0600，精度 1 度。 3、采集结果可在计算机屏幕上显示。 4、通信距离大于 100 米。 需解决的主要问题： 1、当下温度采集的方法多种多样，同时对不同的范围的温度测量有不同的传感器对其进行检测，既如何解决本毕业设计采用何种温度传感器以及采用哪种检测方法更加合理可靠等问题？ 2、对于微控制处理芯片的选择？ 3、对于短距离数据传送和远程数据传送之间有何差别 ? 4、采用哪种语言进行对上位机软件的设计以及如何将下位机与
13、上位机能很好的连接？ 三、研究步骤、方法及措 施： 通过学校图书馆数据库、馆藏书籍查询相关资料信息，整理文献资料，按计划进行毕业设计： 1硬件电路的设计：首先弄清楚 LED 显示的原理，设计好原理图，并找到合适的元件，利用 PROTEL 软件绘制原理图，然后进行 PCB 图的绘制。 2硬件电路的安装：在实验室进行硬件的安装，并做好检查与调试，确保硬件安装的完整性。 3软件的编写：对单片机各引脚功能熟悉，然后根据要达到的显示效果，利用汇编语言或者 C 语言进行程序的编写。 4软硬件的拼接：把编写好的程序烧入单片机，进行最后的调试，并根据实际情况进行修改。 5撰写论文。 四、参考文献 1 李广弟，
14、朱月秀等单片机基础 .北京航空航天大学出版社北京 2 求是科技单片机通信技术与工程实践人民邮电出版社北京 3 Visual Basic 数据采集与串口通信测控应用实战人民邮电出版社北京 4 求是科技 Visual Basic 6.0 程序设计与开发技术大全人民邮电出版社北京 5陈志文，王玮 .基于 PT100 铂热电阻的温度变送器设计与实现 .现代电子技术 .2010年第 8 期总第 319 期 . 6张修太，胡雪惠等 .基于 PT100 的高精 度温度采集系统设计与实验研究 .传感器技术学报 .2010 年 6 月 . 7刘兵，努尔买买提阿布都拉 .基于 PT100 的温度测控实验装置的开发与使用 .新疆大学学报（自然科学版） .第 26 卷第第 3 期 . 8于莹莹 .新型 PT100 传感器智能温度测量系统的研究与开发 .电大理工 .2010 年 3 月 . 9张烂熳 .一种优化的精密温度测量方法 .机电工程 .2009 年 9 月第 6 卷第 9 期 . 10 李平，张健 .基于单片机 C8051F350 的温度测量系统设计 .天中学刊 .2010 年 10 月第 20 卷第 9 期 .
