1、毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 基于温度传感器的数据采集系统综述 摘要 ： 随着温度数据的采集在各行各业都起着重要的作用 1，温度数据采集系统也需要更加的先进和智能化，以便可以更精确的测出数据，这系统主要包括传感器模块、模拟信号处理模块、 A/D 转换模块等。加上计算机和单片机的组合，使得该系统的成本降低，体积减小，功能完善，数据处理能力提高，可靠性也提高。 关键词： 数据采集系统；温度传感器；模拟信号处理； A/D 转换 引言 随着计算机的迅速发展，数据采集系统得到了很大的发展，这种技术已经在军事、航空电 子设备及宇航技术、工业、农业等地方得到了较大的应用。在集成电路计术的不断进步下，
2、数据采集系统用更先进的模块式结构，通过简单的增加和更改模块，并根据系统编译，就可扩大或修改，组成一个新的系统 2。随着科学技术的发展，数据采集系统技术将向着高可靠性，高智能化方向发展，基于高智能化软件和网络，数据采集系统不仅能够进行远程操作与控制而且可以把数据采集结果通过网络显示在世界各地的 WEB 游览器中，实现数据采集的资源共享。 在不同的领域里，温度的数据采集起着很重要的作用，在工业环境中，温度数据用于被控对象的控制 参数，构成闭环的控制回路，严格精确的采集温度数据，可以保护设备不被损坏；在医疗仪器当中，温度数据的采集可以表征病人的体温或作为参考的重要参数 3，在农用上，尤其在新型的大棚
3、种植技术方面，有了温度数据采集，就可以更好的种植。在气象方面，就可以对未来几天的天气做出很好的判断。然而随着电子技术的发展，对温度采集的精确度也越来越高。 温度信息的获取 传感器的定义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常有敏感元件和转化元件组成。所以她是实现测试与自动控制（包括遥控、遥感、遥测）的首要 环节 4。传感器是“一切信息的触觉”，各领域对传感器的需求，因其应用目的的不同而有所变化。 在温度数据采集系统中用到的传感器就是温度传感器，温度传感器发展的速度很快，按从温度变化引起物理参量变化可分为 :热膨胀式温度传感器、热电式温度传感器、热电阻式温度传感器
4、、 PN结型温度传感器、红外温度传感器、热辐式温度传感器和集成温度传感器 5。在这里主要介绍一种数字温度传感器，给温度数据采集系统带来了全新的概念，由于采集的温度数据直接数字化输出，这样就不必花精力去解决模拟信号的传输、调理、变换过程中引入的误差 6。 而数字温度传感器最为典型的就是 DS18B20，由美国 MAXM 公司推出，其内部集成了温度传感器模块、 A/D 转换模块以及单线式数据控制模块 7，与其他温度传感器相比有以下特点： （ 1） 有独特的单线接口方式。 DS18B20 在与微处理器连时仅需要一条接口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 （ 2） DS18B20 在使
5、用中无需任何外围元件。 （ 3） 可用数据线供电，电压范围从 3.0 到 5.5V。 （ 4） 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以接在同一线上，实现多点测温。 （ 5） 可测量的温度范围从 -55 到 +125。 C，测量精确度 0.5.C。 （ 6） 用户可以设定温度报警门限值，并能长期保存。当检测的温度高于设定的温度， 就可以停止加热，当检测的温度低于设定的温度，就会启动加热装置进行加热 8。 DS18B20 芯片内部结构框图如图 1 图 1 DS18B20 内部结构框图 模拟信号的处理 模拟信号一般来自于各种传感器的输出，而往往这些信号需要经过进行放大才能再进行 A/D 转换，
6、为保证放大功能的实现，放大电路的质量、温度漂移影响、抗干扰能力、增益稳定以及失调程度等因素具有很重要的作用 9，在某些情况下，要求放大器的增益能控制，对传感器的非 线性能进行线性化补偿。此外对于生物电信号的放大以及核电站等噪声背景下的信号放大，考虑到安全因素，还要将传感器与放大电路实现带暖气隔离，需要采用隔离电路 8。模拟信号处理的示意图如图 2 图 2 模拟信号处理示意图 信号放大的方法有很多，有集成运算放大器，又可分为很多种型号，如 OP07 通用放大器、 TLV2221低耗单运算放大器、 TLC254 斩波放大器等 5。还有一种方法就是运放外围电路，按应用的范围又可分为通用运算放大器电路
7、（包括理想运算放大器电路、同相运算放大器电路、反相运算放大电路），测量放大电路， 滤波放大电路。 在为得到更清晰，更精确的信号，往往要进行信号的滤波，因为在测量系统中从传感器拾取的信号，其中包含噪声和许多与被测量无关的信号，所以要通过一定的技术滤掉信号中的多余的频率分量，这使得滤波技术显的非常重要。 滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，胆囊管信号与噪声分布在不同频带中时，可以从频率域实现信号与噪声的分离 5。按处理的信号形式的不同，可以分为模拟和数字两大类，而噪声滤波器适用于温度等直流信号的滤波，目的是虑减其中频率较高的信号，这些频率过高的信号往往由于 A/D 转换无法完成而成为 失
8、真信号，如果不进行滤波，将会降低测量的精度。 模数信号转换 电子计算机所处理和传送的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量，模拟量经过传感器转换成电信号后，需经模 /数转换成数字信号才可输入到数字系统中进行处理和控制，因而 A/D 转换器是现实世界中模拟信号向数字信号转换的桥梁，是电子技术发展的关键所在 2。广泛的用于多媒体、通信、自动化、仪器仪表等领域，对不同的领域， A/D 转换器都有相应的优化设计方案，数据的采集和智能仪器中，常采用传统方式的 A/D 转换器，如逐次逼近型、积分型、压频变换型 等。在选用 A/D 转换器时，不仅要考虑应用的精度、速度等因素，还要看输入信
9、号的形式、输如信号的范围等 9。它基本的工作原理如图 3。 图 3 A/D 转换原理示意图 A/D 转换器的主要发展趋势是单片集成以硅为主导发展技术，并加速以硅为基础的异质结技术的发展；混合和模块的集成 A/D 转换器是军事和航天系统的主导产品，将和硅芯片技术并行发展，因此低电源、低功耗、高速、高精度的 A/D 转换器将主导发展产品，并将在农用电子系统中显示重要地位。 总结 主要根据温度数据采集系统的的应用前景和该系统的组成模块作简要的介绍，随着 传感器等向着智能化发展， A/D 转换器向着低电源、低能耗、高速、高精度发展，数据采集系统定将向着新的方向发展，向着网络化，智能化发展 10。 参考
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