智能温度测量仪开题报告Word格式.docx

1、 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

2、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

3、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

4、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

5、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 48MHz故最短指令执行时间为250125ns。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- R

6、31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R26 R27组成）、丫（由R28 R29组成）、Z （由R30 R31 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006000DF（AT90S2313）和0060025F （AT90S85 15、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

7、 R0R31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

8、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、B C D E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

9、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

10、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

11、 9。In tel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16

12、0200ns。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 01800C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

13、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-2001300C。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

14、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300500C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-2001300C。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，