智能温度测量仪开题报告Word格式.docx

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国内近年来也着手智能测温仪的开发与研究，许多公司也有产品投入到市场。

智能测温仪因在其功能、精度、可靠性上较普通测温设备有很大提高，已经成为测温领域的热点。

近年来，随着传感器技术和微电子技术的发展，智能测温仪发展很快。

发展高性能的智能温度测量仪已成为必然。

二、国内外测温技术及其发展趋势

2.1国内外测温技术现状

随着国内外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步，目前的温度检测使用的温度计种类繁多，应用范围也较广泛，大致包括以下几种方法：

（1）利用物体热胀冷缩原理制成的温度计。

利用此原理制成的温度计大致分成

三大类:

玻璃温度计、双金属温度计、压力式温度计。

（2）利用热电效应技术制成的温度检测元件。

利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。

热电偶发展较早，比较成熟，至今仍为应用最广泛检测元件之一。

热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围宽、精度高、热惯性小等特点，因此广泛作为温度传感器的敏感元件。

（3）利用热阻效应技术制成的温度计。

用此技术制成的温度计大致可分成以下几种:

电阻测温元件、导体测温元件、陶瓷热敏元件。

（4）利用热辐射原理制成的高温计。

热辐射高温计通常分为两种:

一种是单色辐射高温计，一般称光学高温计；

一种是全辐射高温计，它的原理是物体吸收热辐射后，视物体本身的性质，能将它吸收、透过或反射[2]。

2.2国内外温度检测技术的发展动向

随着对生产效率的要求的不断提高，对温度检测的要求也越来越高，融合现代检测技术和控制理论的智能检测时当今温度检测的一大趋势，研究和开发适应场合多样化、测温对象多样化、检测设备数字化以及检测元件新型化的测温仪表是国内外测温仪表研究的重点。

根据上述要求，国内外温度测量仪表将向以下几方面发展：

（1）继续生产应用广泛的传统温度检测元件，如：

热电偶、热敏电阻等。

（2）加强新原理、新材料、新工艺的开发，如近来已开发的碳化硅薄膜热敏电阻温度监测器，厚膜、薄膜铂电子温度监测器，硅单晶热敏电阻温度监测器等。

（3）向智能化、集成化方向发展，新产品不仅要具有检测功能，又要具有判断和指令等多功能，采用微机向智能化方向发展[4]。

三、研究的基本内容与拟解决的主要问题

3.1单片机和传感器的选择

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

概括的讲：

一块芯片就成了一台计算机。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。

选择器件时应考虑其性能是否满足设计需求，是否具有良好的技术支持和文档支持，是否具有良好的性价比等，其核心是单片机的选型。

在大多情况下，理应选择性价比高的单片机及其它器件，但在某些特殊场合，当性能成为决定因素时，应以性能优先原则选择所需的单片机或其它器件。

3.11现在市场上主流的单片机及他们的特点

AVR系列：

AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。

它取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。

AVR单片机指令以字为单位，且大部分指令都为单周期指令。

而单周期既可执行本指令功能，同时完成下一条指令的读取。

通常时钟频率用4~8MHz故最短指令执

行时间为250〜125ns⑸。

通用寄存器一共32个（R（~R31）,前16个寄存器（R0-R15）都不能直接与立即数打交道，因而通用性有所下降。

AVR系列没有类似累加器A的结构，它主要是通过R16-R31寄存器来实现A的功能。

在AVR中,没有像51系列的数据指针DPTR而是由X（由R26R27组成）、丫（由R28R29组成）、Z（由R30R31组成）三个16位的寄存器来完成数据指针的功能（相当于有三组DPTR）而且还能作后增量或先减量等的运行。

AVR可以在任两个寄存器之间进行逻辑运算，省去了像51系列在A中的来

回折腾AVR的片内RAM勺地址区间为0060~00DF（AT90S2313）和0060~025F（AT90S8515、AT90S8535，它们占用的是数据空间的地址，这些片内RAM仅仅是用来存储数据的，通常不具备通用寄存器的功能。

当程序复杂时，通用寄存器R0〜R31就显得不够用；

而51系列的通用寄存器多达128个（为AVR的4倍），编程时就不会有这种感觉[6]。

AVR的I/O脚类似PIC，它也有用来控制输入或输出的方向寄存器，在输出状态下，高电平输出的电流在10mA左右，低电平吸入电流20mA虽不如PIC，但比51系列强。

PIC系列：

PIC单片机系列是美国微芯公司（Microship）的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一。

CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令（视单片机的级别而定），属精简指令集。

采用Harvard双总线结构，运行速度快，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期（个别除外），这也是高效率运行的原因之

一。

此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点[7]。

PIC系列单片机的I/O口是双向的，其输出电路为CMO互补推挽输出电路。

I/O脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器（TRISn,其中n对应各口，如A、BCDE等），从而解决了51系列I/O脚为高电平时同为输入和输出的状态。

当置位1时为输入状态，且不管该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状态；

置位0时为输出状态，不管该脚为何种电平，均呈低阻状态，有相当的驱动能力，低电平吸入电流达25mA高电平输出电流可达20mA它的A/D为10位，一般能满足精度要求。

51系列：

应用最广泛的八位单片机首推Intel的51系列，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久”，有先入为主的优势。

世界有许多著名的芯片公司都购买了51芯片的核心专利技术，并在其基础上进行性能上的扩充，使得芯片得到进一步的完善，形成了一个庞大的体系，直到现在仍在不断翻新，把单片机世界炒得沸沸扬扬。

有人推测，51芯片可能最终形成事实上的标准MCU芯片[8]。

51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。

它的处理对象不是字或字节而是位。

它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。

51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。

八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够，用得不多。

而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。

作乘法时，只需一条指令就行了，即MULAB两个乘数分别在累加器A和寄存器B中。

积的低位字节在累加器A中，高位字节在寄存器B中）。

很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便[9]。

Intel公司51系列的典型产品是8051,片内有4K字节的一次性程序存储器

（OTP）。

51系列I/O脚使用简单，但高电平时无输出能力，可谓有利有弊。

3.12选择PIC单片机的原因就功能而言，这三种单片机都能达到要求，但是对比而言，我觉得PIC单片机更加合适。

首先是价格，PIC单片机相对AVR单片机价格比较低。

PIC单片机采用精简指令集，相对于其他两款，指令少很多。

PIC工作电压低，驱动能力强。

最低工作电压可以达到2V,低电平吸入电流达25mA高电平输出电流可达20mA可以直接驱动数码管显示。

PIC单片机相对于51单片机速度提高很多。

指令周期约160〜200ns。

最后，本人对PIC单片机比较熟悉，这有利于我顺利的完成我的毕业设计。

3.13现在市场上的热电偶的种类及特点

贵金属热电偶：

WR系列工业用铂铑热电偶又叫贵金属热电偶，它作为温度测量传感器,通常

与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用，组成过程控制系统，用以直接测

量或控制各种生产过程中0~1800C范围内的流体、蒸汽和气体介质以及固体表面等温度。

贵金属热电偶在热电偶系列中具有准确度最高（测量精度在-0.25%

以内），稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点［10］。

它的物理、化学性

能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。

由于贵金属热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期

以来曾作为国际温标的内插仪器。

贵金属热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

廉金属热电偶：

（K型热电偶）镍铬-镍硅热电偶：

镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。

正极（KF）的名义化学成分为：

Ni:

Cr=90:

10,负极（KN的名义化学成分为：

Si=97:

3,其使用温度为-200~1300C。

K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。

广泛为用户所采用。

K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中［11］。

（N型热电偶）镍铬硅-镍硅热电偶：

镍铬硅-镍硅热电偶（N型热电偶）为廉金属热电偶，是一种最新国际标准化的热电偶，是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的它克服了K型

热电偶的两个重要缺点：

K型热电偶在300~500C间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定；

在800C左右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。

正极（NP的名义化学成分为：

Cr:

Si=84.4:

14.2:

1.4，负极

（NN的名义化学成分为：

Si:

Mg=95.5:

4.4:

0.1,其使用温度为-200~1300C。

N型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点，其综合性能优于K

型热电偶，