1、毕业论文文献综述 电子信息工程 居室环境检测中温度和光线检测的概述 摘要： 随着人们的生活品质的上升，人们对环境质量的要求也越来越高，比如对室内的温度高低，光线的明暗，都想知道一个确切的数值以及能够实现自我控制，随之而来的就是各类检测系统的应运而生。而检测系统的核心就是传感器，传感器就是获取准确可靠信息的最佳途径。本文主要介绍室内温度和光线检测系统，关于温度传感器和光线传感器基于如单片机以及无线技术下的应用，以及温度检测系统在微机应用中产生的干扰问题的分析与解决。 关键词： 温度传感器；光线传感器；单片机；无线 技术 1.传感器的概述 传感器是信息采集系统的一种能将物理量、化学量、生物量等非电
2、量转换成电量的器件。其输出信号有不同形式，比如电压、电流、频率、脉冲等，能满足信息传输、处理、记录、显示、控制要求，在多学科、多领域得到广泛应用。世界上许多发达国家都在加快对传感器新技术的研究与开发，并且都已取得了重大突破。 1 而在各类传感器中，温度传感器无疑是各类传感器中的翘楚。 温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。 就比方说数字温度计，相较于传统的水银温度计更加准确而且快速，其中温度传感器是它的重要 组成部分，它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。 2
3、.温度检测系统的发展 随着温度传感器的发展，温度检测系统也更上一层楼。温度传感器的发展经历大致可分为 3 个阶段 :传统的分立式温度传感器 、 模拟集成温度传感器 /控制器 和 智能温度传感器 。 目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展 2。 1.传统的分立式温度传感器又称热电偶传感器 热电偶传感器是工业测量中应用最广泛 的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度。但由于热电偶的热电势与温度呈非线性关系，增加了显示与处理的复杂性，所以在文献 3中提出从硬件和软件两方面同时人手：系统以单片机为核心，硬件设计使用高精度 A/
4、D 和 D/A 器件。软件设计提出一种“最佳非等距离分段算法”，并在程序中采用修正后的数据，实现热电偶的线性化处理。实验证明，该系统能很好的解决热电偶测试高温的精度问题，使仪器仪表精度达到 1 1000，满足工业设计要求。 2.模拟 集成 温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因 此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单 。文献 4就有提到全集成温度传感器比起传统的热敏电阻传感器有着明显的优点，包括准确度高，体积小，功耗
5、低，读数方便，又可用多种温度传感器来适应不同技术环境，还能用于控制电路或计算机接口，适合在集成电路系统中应用。在文献 5就提出一种高速芯片温度检测技术，它采用温度传感器 IC 进行温度检测，其最大优点是集成化、 高精度，在实际工业应用中使用便捷、可靠。且与风扇自动控制技术集成，减少冷却风扇的噪音污染，相对单独进行风扇控制又节约了成本。文献 6也提出关于集成温度传感器多点温度检测系统的设计，该设计采用集成温度传感器 AD590，这种温度传感器优点就是能够克服电压输出型温度传感器在远距离温度遥测应用中长馈线上的电雎信号损失和噪声于扰问题，因此，也特别适用于远距离 (200m)温度检测。但 模拟温度
6、传感器 缺点就是 进行测量 时 ，在数据的采集和传输过程中易受外界环境的干扰，使测得的结果误差较大 。 3.智能 温度 传感器 智能传感器是 微 电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶 。 智能 温度 传感器内部包含温度传感器、 A/D 传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。 它能输出 温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（ MCU），并且可通过软件来实现测试功能 。 DSl8820 型数字式温度传感器 可以说智能传感器的代表， 不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的指标。 比如文献 7作者就针对常规温度检测方法的缺陷，介绍了一种数字式智能温
7、度控制器的设计方案。该温度检测控制系统采用 DSl820 对温度进行测量与转换，并通过 MCS80C51 系列单片机对温度进行比较，通过液晶 1602 实时显示，其优点就是增强了电路的可靠性，使温度测量更为精确。 3.温度和光线检测系统技术实现的比较 3.1 温度检测系统的实现技术 1.基于芯片的实现 （ 1） MCS-51 单片机。单片机属于系统级芯片，而且用户使用方便，外围电路也很简单，在温度检测方面，仅具有检测方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标。再加上它的 多功能、低价位及小型化的优势，被广泛地应用在电子、汽车电子、办公室自动化、通信及一般工业产品上。在
8、文献 8中，作者就采用智能 集成温度传感器 LM35A，并以 805l 单片机为控制器进行温度测量装置的硬件组成设计。该系统采用 CD4501 对模拟量输入通道进行切换，利用电压跟随器和 A/D522 组成信号调理电路对输入信号进行放大调制，由单片机将十进制的温度到LED 上显示，这种多路温度检测系统是一种低成本的利用单片机 I O 口实现的温度检测电路，该电路较为简单，易于实现，有很强的中断处理能力，并且几乎适用于所有类型的单片机。 （ 2）采用 DSP 芯片作为主控制器，可充分利用其快速的数据处理能力、丰富的片内硬件资源和强大的嵌入式功能，但其价格较贵。因 DSP 的 I O 口在设计和操
9、作方法上与单片机有很大不同，导致其对 DSl8820 的读写操作方式相对单片机来说存在差异。如不分析和处理好这些差异，会使测温不准确或无法实现。为解决该问题，文献 9中作者就采用 DSP MS320F2812Z 芯片实现同步开关控制器的温度检测，实践证明该 温度检测方法 的优点就 具有抗电磁干扰能力强、测温准确、编程实现容易、连线 简单。 2.基于无线网络技术的实现 随着无线传输开发技术不断的进步，并被大量应用在生活上，无线传输装置的价格会越来越低，硬体体积也越来越小 10。 （ 1） ZigBee 无 线技术。 ZigBee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网
10、络技术，主要适用于自动控制和远程控制领域 ,比如家庭保健，医疗监控和环境传感器，是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制而制定的标准 11。文献 12针对传统分布式温度监测系统的布线问题，作者提出了利用 ZigBee 无线网络技术实现分布式温度检测系统的实现方案。 该方案通过基于 ZigBee 技术的无线收发微处理器 CC2430 以及协调器节点、传感器节点的硬件设计和软件的设计流程，成功组建了一个大范围的 ZigBee 无线网络，并通过网 络得到了各传感器节点的温度监测。该系统的优点就是可同时对多个区域进行监测，而且开发成本低、性价比高，安装维护简单，安装一次就可以进行长期监测长期的监测工作，
11、因而具有传统温度监测系统所不具备的优势，能较好地解决传统温度监测系统中存在的布线、搬迁等问题。非常适用于环境的监测应用。 （ 2） GSM 技术。 GSM 系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低 。文献 13中，作者介绍一种基于无线通信的 GSM 模块和单片机的技术， 利用集成电流 型温度传感器 AD590 实现智能化的大型粮库多点温度检测的设计方法 。该温度检测系统采用 GSM 技术，且具有 超过设置温度值报警、随时和定时检测整个粮库各点温度的功能，同时具有性能价格比高、体积小、传输距离远、且抗干扰性强
12、、传感器互换性和系统扩展性好应用范围广等优点与传统温度传感器组成的多点温度检测系统相比节省了转换部分电路。 3.2 温度检测系统基于微机的干扰及解决 （ 1）输入信号线的干扰。 在大功率变压器、交流电压和大电流交流电源周 围都有较强的交变磁场。当交变磁通穿过测量电路时 ,会产生交流感应电势 ,形成串模干扰 。解 决方法可以使输入、传输导线远离交变磁场，输入线路尽量短，将两根信号线绞合 ,减少交变磁场干扰。并可将信号线敷设在铁管内，信号线应远离动力线。 （ 2）过程通道的干扰。 A/D 和 D/A 接口板与计算机相连会产生共模干扰。在文献 14中作者提出对于 A/D 和 D/A 通道的干扰性质，
13、可采用切断 A/D 和 D/A与微机之间的电气联系，如图 1光电隔离的方法。也可采用共模抑制比大的测量放大器，克服现场干扰对前置放大器和 A/D 的影响。 前置放大A / D光耦8 0 5 1光耦D / A功率放大输入输出图 1. 光电隔离结构图 （ 3）软件干扰。这种比较复杂，方法 1 可采取数字中值滤波法，对温度参数连 续三次采样，选取居中的采样值作为有效信号。方法 2 可设置监视跟踪定时器，使用定时中断来监视程序运行状态。 温度检测基于微机的实现出现的干扰会有很多，在系统设计时，应对系统环境全面的分析，确定干扰性质，再采取相应的措施，保证系统正常运行。 3.3 光线检测系统的实现技术 （
14、 1） DSP 芯片。 现有的聚光类太阳能发电系统主要采用程序控制、传感器控制、程序与传感器联合控制的方法。 文献 15作者就采用 程序与传感器联合控制的方法 ， 提出以 DSP 为主控制器设计太阳光线自动跟踪系统。该系统的跟踪策略是将程序控制和传感器控制相结合 ，利用数学计算的方法计算出太阳光线每时每刻的方位角、高度角，并由得到的数据分别驱动高度角轴电机与方位角轴电机运动。运用该方法的优点就是：粗定位由程序控制，不存在跟踪死区，跟踪范围广；精定位采用传感器检测，无累积误差，检测结果为光线到达地面的实际角度，跟踪精度高。 （ 2）单片机。针对公共场所用电浪费现象，文献 16作者以 AT89C5
15、2 为核心，提出一种用热释电红外传感器和光照检测相结合的智能照明控制系统。本系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感器及处理电路、单片机系统及控制电路组成。工作时，光照检测电路和 热释电红外线传感器采集光照强弱、室内是否有人等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。而且实验证明，该系统结构简单、安装方便、工作稳定、可靠性高。若在该系统中增加报警装置，也可实现自动报警功能。 4.总结 相信随着温度和光线检测系统，以及其他的基于居室的检测系统的技术上升，再配合上各类电子产品以及相应的科学技术的应用，居室环境检测的发展前景可谓是前途无
16、量的。它一定能够为以后人们的家居生活提供一个很好的服务，让大家的生活环境的档次不断上升。 参 考文献 1 王俊峰，孟令启等编著 .现代传感器应用技术 M.北京：机械工业出版社， 2006，8. 2 李庆丰 .温度传感器的发展简介 OL. http:/ 3 荆海霞 ， 周琳勃 ， 王仁道 ， 廖娜 .基于单片机的热电偶测温系统的设计 J.微计算机信息 ， 2009， 25(8-2)： 88 89. 4 刘砚琛 .全集成温度传感器模拟部分的研究与设计 D.西安电子科技大学，微电子学与固体电子学， 2009. 5 杨宝生，马修水，李桂化，费业泰 .高速芯片温度检测技术研究与应用 J.仪表技术与传感器
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