基于CAN总线的多点测温系统
陈猛豪
北京邮电大学自动化学院，北京 (100876)
E-mail：chen_menghao@https://www.doczj.com/doc/e418702773.html,
摘要：本文结合实际使用经验提出一种基于CAN 总线的多点测温系统,介绍了CAN总线和DS18B20 的工作原理以及整个系统的硬件结构和软件编程。并提出一种新的DS18B20的定位方法。该系统能够实时检测环境中多点温度的变化, 准确反映温度信息,在粮仓、楼寓等系统中具有广泛的应用前景。
关键词：CAN 总线，DS18B20，多点测温
中图分类号：TP216
1.引言
在工、农业生产和日常生活中，对温度的测量及控制占据着极其重要地位。首先让我们了解一下多点温度检测系统在各个方面的应用领域：消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备之过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具之组件的过热检测，保全与监视系统之应用，医疗与健诊的温度测试，化工、机械…等设备温度过热检测。温度检测系统应用十分广阔。
本设计运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统[1]。该系统采CAN总线通讯，通过上位机（PC）控制下位机（单片机）进行现场温度采集。温度值既可以送回主控PC进行数据处理，由显示器显示。同时单片机也实时显示当前各点的温度值。
下位机采用的是单片机AT89S52[2]，数字温度传感器是DS18B20。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系统、温控制程生产线之温度影像检测、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械…等。
2.系统工作原理
介绍CAN总线和数字温度传感器是DS18B20工作原理和优点。
2.1 CAN总线的特点和工作原理
CAN总线是一种先进的串行通信协议,其主要特点是: CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息[3]。CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134μs内得到传输。CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间[4]。尤其是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况(以太网则可能)。CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。 CAN总线最突出的特点是对通讯数据块进行编码而不是传统的地址编码，采用这种方法使网络中随时加
入或减少节点而不影响系统工作[5]。CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个。CAN总线每个报文最多可发送或接受8个字节的数据,占线时间短,保证了通讯的实时性。CAN的直接通信距离最远可达10km(速率 5kbps以下)[6]；通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m)。CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。
2.2 DS18B20的特点和工作原理
DS1820 是美国DALLAS 公司生产的单线数字温度传感器,它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等优点,特别适合于构成多点温度测控系统,可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理, 而且每片DS18B20 都有唯一的产品号并可存入其ROM 中, 以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS18B20 芯片。从DS18B20 读出或写入DS1820 信息仅需要一根口线,其读写及温度变换功率来源于数据总线, 该总线本身也可向所挂接的DS18B20 供电, 而无需额处电源。DS18B20 能提供九位温度读数,它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。
2.2.1 DS18B20的硬件结构
本文中DS18B20 采用3 脚PR - 35 封装, 管脚排列如图1 所示。图中GND 为地, I/ O 为数据输入/ 输出端(即单线总线) ,该脚为漏极开路输出,常态下呈高电平。VDD 是外部+ 5V 电源端,不用时应接地。图2 所示为DS18B20 的内部框图。有4 个主要的数字部件：64 位激光ROM；温度传感器；非易失性EEPROM 存储器以及暂存器。64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码(28H)组成。暂存器中2 字节用于存储温度传感器测得的温度值，2 字节用于存储上下限报警温度（当测得的温度值超过这个范围时就会竖起一个报警标记，用于对报警搜索命令产生响应），1 字节用于配置寄存器。配置寄存器使用户可以按需要选择9、10、11、12 位4 种不同的分辨率（精度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃）。TH、TL 和配置寄存器中的数据可以存入非易失性EEPROM 中，器件断电时数据不会丢失，下次上电时会自动复制到暂存器中。DS18B20 的功能操作主要包括启动温度转换、读取供电模式以及对暂存器的读写和拷贝。
DS18B20
2.2.2 DS18B20的测温原理
当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器(图3)的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。对应的温度计算：当符号位S=0时温度为负，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时温度为正，先将补码变为原码，再转换成十进制值。得到得十进制值除以2，既得到被测温度值。
3.系统硬件构成
如图4所示本多点测温系统以PC机为主体，通过CAN总线与基于单片机(AT89S52)的测温节点通讯。每个主机连接15个以内的节点。每个节点DS18B20采用外部供电方式，挂接25个以内的DS18B2。另外单总线长度也不宜超过80M，否则也会影响到数据的传输。主机发送命令控制节点工作，接受温度信息并处理、显示。
4.软件流程图
从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。
本系统主程序调用了4个子程序，分别是数码管显示程序温度测试程序、中断控制程序、单片机与PC机串口通讯程序。温度测试程序：对DS18B20送过来的温度数据进行处理，进行判断和显示。数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。中断控制程序：实现循环显示功能。串口通讯程序：实现PC机与单片机通讯，将温度数据传送给PC 机。
测温程序流程如图5所示。本系统采用新的定位和采集温度方法。读出每个18B20的ID号，并给予编号，在相应DS18B20上贴上编号标签。在显示程序中4位数码管最高位显示该传感器的编号，这样就知到当前温度值是那个传感器采集的。这比传统的写入高速暂存器保留位方法定位要简便的。另外多同一节点上的所有18B20,统一进行温度转换，再逐个读出。这样比传统方法要节约时间，也精减了程序，提高了系统效率。
5.结论
经实际应用该系统可靠性高，实时性较好，硬件简单、可靠，系统成本低。如果需要和上位机的复杂通讯,还可以进行扩展。
参考文献
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[6] Florian Hartwich. The Configration of the CAN Bit Timming PHILIPS Semiconductors 公司. CAN
SPECIFICATION, 1991,9。
The multi-point temperature measurement system based on
CAN Bus
Chen Menghao
Department of automation of Beijing University of Posts and Telecommunications，Beijing
(100876)
Abstract
In this paper, the use of actual experience designed the multi-point temperature measurement system based on CAN bus.Introducted the theory of CAN bus and DS18B20.In addition in this paper the whole system hardware and software have been descripted and a new means has been usede for differentiating different DS18B20.This real-time system well be used in granary or mansions widely because that it can detect the change of temperature always.
Keywords：CAN Bus，DS18B20，Multi-point temperature measurements
智能光学测温系统研究与应用 智能测温系统是一种代替热电偶测温技术的新型技术，可适用于700℃～1900℃环境下的各种工业炉内的测温控温。该系统利用基本的光学反射测温原理，利用光学传感器测量物体表面辐射的能量来计算物体的表面温度，具有精度高、稳定性强，维护简单，寿命长等特点，是一种替代热电偶测温的理想测温技术。 标签：智能光学测温系统；光学测温传感器；红外测温 doi：10.19311/https://www.doczj.com/doc/e418702773.html,ki.16723198.2017.09.090 1研发思路及技术方案的确定 传统的高温测温产品有以下缺点：制造成本高，运行不可靠，易腐蚀，易受强电磁场影响等，针对这些问题，新研发的测温产品需要满足：成本低，寿命长，不易受环境影响，反应敏捷，精度高等特点。红外线测温方法比起接触式测温方法有反应敏捷、不需直接接触、寿命长等优点。利用红外线测温开发的智能光电测温系统，利用硅光电二极管作为光敏元件，通过光学传感器将炉内测量物体的表面辐射能量转换成电子信号，传输到二次测量仪表（智能测温仪），智能测温仪将信号处理后显示炉内温度情况。另外，测温仪还具设定上下限报警输出，并经过测算后输出4～20mA标准电流以及RS-485标准通信接口信号，通过传感器与测温仪共同完成测量-显示-控制的全部测温过程。 2具体方案 2.1温度测量原理 一切物体表面温度高于绝对零度都会向周围环境辐射能量，物体辐射的能量大小与其波长分布及表面温度有直接关系。 由普朗克黑体辐射定律得知，黑体在单位面积、时间、立体角内、波长间隔内辐射的能量為： 由公式可以看出：黑体的辐射能量与其绝对温度有关。除物体的辐射波长及温度因素之外，物体的辐射量还与其材料构成、制造方式、环境条件等有关。根据该辐射定律得知：通过测算材料的发射率即可推算物体的温度。 2.2光学测温传感器的设计 光学测温传感器的结构示意图如图1所示。 原理：感温管受热后致管腔端部发出辐射光，通过透视镜聚焦至采光孔进入
一种新型多点测温系统的设计 一种新型多点测温系统的设计 1温度传感器DS18B20介绍 DALLAS公司单线数字温度传感器DS18B20是一种新的“一线器件”，它具有体积小、适用电压宽等特点。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃；通过编程可实现9～12位的数字值读数方式；可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化为9位和12位的数字量。每个DS18B20具有唯一的64位长序列号，存放于DS18B20内部ROM只读存储器中。 DS18B20温度传感器的内部存储器包括1个高速暂存RAM和1个非易失性的电可擦除E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前2字节为测得的温度信息，第1个字节为温度的低8位，第2个字节为温度的高8位。高8位中，前4位表示温度的正(全“0”)与负(全“1”)；第3个字节和第4个字节为TH、TL的易失性拷贝；第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝，此三个字节内容在每次上电复位时被刷新；第6、7、8个字节用于内部计算；第9个字节为冗余检验字节。所以，读取温度信息字节中的内容，可以相应地转化为对应的温度值。表1列出了温度与温度字节间的对应关系。 2系统硬件结构 系统分为现场温度数据采集和上位监控PC两部分。图1为系统的结构图。需要指出的是，下位机可以脱离上位PC机而独立工作。增加上位机上位机的目的在于能够更方便地远离现场实现监控、管理。现场温度采集温度采集部分采用8051单片机作为中
拉曼测温技术
Raman 光谱测温 Raman信号与物质极化率有关，温度改变引起极化率的变化从而改变Raman信号，可以根据Raman信号的变化进行温度的检测以及传热的分析。Raman测温的方法主要包括：Raman强度测温，Raman频率测温和Raman半高宽测温。当前对于材料的Raman测温研究主要是硅、碳纳米管、石墨烯、金刚石等。[1] 1 Raman强度测温 原理：能级上的粒子数在平衡时遵从Boltzmann分布，在平衡态下N个全同粒子分布在其单粒子任一可及能级εi(i=1，2，3，…，为单粒子能级的标号)上最可几粒子数n i由下式确定：n i=N q ωi exp?(?εi/kT)式中：ωi为能级εi的简并度；k为Boltzmann常数；T为热力学温度；q为单粒子配分函数。Strokes散射和Anti-Strokes散射分别对应于低能级到高能级的跃迁或高能级到低能级的跃迁。Raman散射的Strokes线的光强I S和Anti-strokes光强I AS分别为： I S∝1/[1?exp?(??ωk/k B T)] I S∝1/[exp(+?ωk/k B T)?1] 式中：k B是Boltzmann常数，T是绝对温度，?是约化Planck常量。两者的强度比为： I k,S/I k,AS∝exp?(?ωk/k B T) 可以通过测量Strokes峰和Anti-Strokes峰的比值来计算材料的温度。[2] 国内：黄福敏[3]研究了碳纳米管拉曼光谱的温度效应。根据碳纳米管性质的不同，选取D模，G模，E2g模，D*模信号中的几种，通过测量Strokes峰和Anti-Strokes峰的比值计算温度后平均化。实验结果显示各模分辨计算的温度之间误差小于50K，同时观察到拉曼位移随温度存在线性变化的现象。俞帆[4~6] 等对Sr(NO3)2，CCl4，单晶硅等材料的温度进行了测量。测温基于公式：T=hv i k B ? ln[I S I AS ?(v+v i v?v i ) 4 ]式中：v,v i分别是激励激光频率和拉曼散射频移。通过筛选合 适的测温散射带和测温介质，可以提高测量精度，减少激光致热的影响。20oC
智 能 温 度 测 量 仪 课 程 设 计 报 告 专业：电气工程及其自动化 班级：10级电气1班 姓名：柴冬 学号：14894029 Pt100温度传感器 温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线，达到测温的目的。在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用多的是接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用，目前得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器，其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器，将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。 热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等，它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如PT100、PT1000等。近年来各半导体厂商陆续开发了数字式的温度传感器，如DALLAS公司DS18B20，MAXIM公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等，
这些芯片的显著优点是与单片机的接口简单，如DS18B20该温度传感器为单总线技术，MAXIM公司的2种温度传感器一个为频率输出，一个为周期输出，其本质均为数字输出，而ADI公司的AD7416的数字接口则为近年也比较流行的I2C总线，这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便，但这类器件的最大缺点是测温的范围太窄，一般只有-55～+125℃，而且温度的测量精度都不高，好的才±0.5℃,一般有±2℃左右，因此在高精度的场合不太满足用户的需要。 热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。常用的热电偶材料有铂铑-铂、铱铑-铱、镍铁-镍铜、铜-康铜等，各种不同材料的热电偶使用在不同的测温范围场合。热电偶的使用误差主要来自于分度误差、延伸导线误差、动态误差以及使用的仪表误差等。 非接触式温度传感器主要是被测物体通过热辐射能量来反映物体温度的高低，这种测温方法可避免与高温被测体接触，测温不破坏温度场，测温范围宽，精度高，反应速度快，既可测近距离小目标的温度，又可测远距离大面积目标的温度。目前运用受限的主要原因一是价格相对较贵，二是非接触式温度传感器的输出同样存在非线性的问题，而且其输出受与被测量物体的距离、环境温度等多种其它因素的影响。 本设计的要求是采用“PT100”热电阻，测温范围是-200~+600℃，精度0.5%，具体的型号选为WZP型铂电阻。 AT89C51单片机 AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 LCD显示器 液晶显示器是一种采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。和CRT 显示器相比，LCD的优点是很明显的。由于通过控制是否透光来控制亮和暗，当色彩不变时，液晶也保持不变，这样就无须考虑刷新率的问题。对于画面稳定、无闪烁感的液晶显示器，刷新率不高但图像也很稳定。LCD显示器还通过液晶控制透光度的技术原理让底板整体发光，所以它做到了真正的完全平面。
基于DS18B20单总线数字温度计的设计与实现 黄河，李晓，刘学瑞，黄艳秋 中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 (211008) E-mail：yellowriver_cs@https://www.doczj.com/doc/e418702773.html, 摘要：文章介绍了一种基于51单片机AT89S52与数字温度传感器DS18B20进行温度测量的单总线数字温度计的设计与实现，包括温度传感器芯片的选取、接口电路的设计，以及温度信息采集和数据传输的软件设计。最终实现单总线器件DS18B20数字温度传感器与51单片机组成的测温系统。该系统具有线路简单、精度较高和温度超限报警等特点，而且在一根通信线上，可以挂接多个DS18B20，因此特别适合构成多点温度测控系统。 关键词：数字温度计；温度传感器DS18B20；单总线技术 中图分类号：TP212.9 1．引言 温度作为一种最基本的环境条件参数，与工业、农业、养殖业的生产以及医学乃至人们的日常生活都是紧密相关的。因此，对于温度的测量方法与测温装置的研究就凸显得非常重要。由单片机与温度传感器构成的测温系统可广泛应用于很多领域。本文通过对单总线数字集成温度传感器DS18B20的特点、工作原理和使用方法的讨论，结合对单片机AT89S52的编程实现温度的采集。 大多单片机接口输入的信号是数字信号，或带有A/D转换的高端单片机也可以输入模拟信号。由单片机获取非电信号的温度信息，必须通过温度传感器。传统的温度测量多以热敏电阻作为温度传感器。但是，热敏电阻的可靠性较差、测量温度精度低，而且还需经A/D 转换成数字信号后才能由单片机进行处理。因此，使用数字温度传感器可简化硬件设计、方便单片机读取数据、节约成本。 设计单片机数字温度计需要考虑以下3个方面： (1)温度传感器芯片的选择； (2)单片机和温度传感器的接口电路设计； (3)控制温度传感器实现温度信息采集以及数据传输的软件[1]。 2．温度传感器DS18B20简介 DS18B20是美国达拉斯(Dallas)公司的单线数字温度传感器芯片，与传统的热敏电阻不同，DSl8B20可直接将被测温度转换为串行数字信号,供单片机处理。通过对DSl8B20编程可以实现9~12位的温度读数，并可分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量。其测温范围－55℃~＋125℃，最大分辨率为0.0625℃，在－10℃~＋85℃范围内其测温准确度为±0.5℃。DS18B20具有体积小、功耗低、抗干扰能力强、易与微处理器连结等特点，而且它无需任何外围硬件即可方便地进行温度测量，与单片机交换信息仅需要一根I/O口线，其读写及温度转换的功率也可来源于数据总线，而无需额外电源。另外，每片DSl8B20都设有唯一的产品序列号，存放在它的内部ROM中，单片机通过简单的协议就能识别这个序列号。因此，多个DSl8B20可以挂接于同一条单线总线上，特别适合构成多点温度测控系统。 2.1 DS18B20性能特点 (1)独特的单线接口，仅需1个I/O口引脚即可通信，无需变换其它电路，直接输出被测
计算机硬件（嵌入式）综合实践 设计报告 温度检测系统设计与制作
一．系统概述 1. 设计内容 本设计主要从硬件和软件部分介绍了单片机温度控制系统的设计思路，简单说明如何实现对温度的控制，并对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。还介绍了在单片机控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节，该系统主要以AT89S52单片机为核心, 同时利用DS18B20温度传感器采集温度，采用4位LED 显示管实施信息显示。 AT89S52单片机设计的温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的一部分，该系统对温度进行实时采集与检测。本设计介绍的单片机自动控制系统的主要内容包括：系统概述、元器件选择、系统理论分析、硬件设计、部分软件设计及主要技术性能参数。 2. 元器件选择 单片机AT89S52：1个 22uF电容：2个 电阻：1个 万能板：1个 杜邦线：若干 单排排针：若干
DS18B20温度传感器：2个 4位LED显示管：1个 二．软件功能设计及程序代码 1.总体系统设计思想框图如下： 单片机应用 软件调试 软件编程 系统测试和调试 系统集成 硬件调试 选择单片机芯片 定义系统性能指标 硬件设计 2.主程序流程图 3.DS18B20数据采集流程图
4.程序代码 ①、温度记录仪 #include<> #include<> #include<> #include<> #include<> #include<> bit rec_flag=0;.",1); display(l2," ",1); eeprom_format(); display(l1,"Format Successed",1); longdelay(3); break; } if(ser_rec=='N') break; if(autobac_tim>10) break; } autobac_tim=0; break; case 'D':",1); display(l2," ",1); RDTP=512;",1); display(l2," ",1);
度传感器系统? 彪1 Insoo S.KIM 2 (1 中国计量) 摘 要 本文讨论了分布光纤拉曼温度传感器系统发展的现状。釆用先进的鉺光纤脉冲激光器作为光源，测温范围:0-100°C (可扩展),温度测量不确定度:±2°C,温度分辨率:0.1°C ，测量时间:432秒,空间分辨率:4m 。 反射技术 111U Xiandong 1 WU Xiaobiao 1, Insoo S.KIM 2 f Metrology, Hangzhou 310034; 2. Information & Optics Optical Technology Research Group, Korea Electrotechnology Research Institute, Seoul, 437-808, Korea) distributed optical fiber Raman temperature sensor (DOFRTS) system that use the Er pulse laser as source has been made, it use new measurin g temperature principle of optical fiber amplified anti-Stokes Raman spontaneous scattering. In the s are im Key amplifica no 光纤中光的传播速度和背向光回波的时间，对所测量温度点的定位，它是光纤激光拉曼温度雷达。 电、抗射频和电磁干优，防燃、防爆、抗腐蚀、耐高电压和强电磁场、耐电离辐射，能在有害环境中安全运行是实用的“本安”型传感器。分布式光纤传感器系统在八十年出现，十多年来，技术日趋成熟，国内外研制了产品并开始应用于煤矿、隧道的温度报警、火灾防；油库、油轮、危险品仑库、冷库、大型货轮、军火库等温度报警；各种大、中型变压器、发电机组的度分布测量，热保护和故障诊断；地下和架空高压电力电缆的热检测与监控；火力发电所的配管温度、热系统的管道、输油管道的热点检测；化工原料、照相材料及油科生产过程在线动态检测；高层建筑、 30公里远程分布光纤拉曼温张在宣1 王剑锋1 刘红林1 余向东1吴孝学院,光电子技术研究所，杭州310034; 2. 韩国电气技术研究院，汉城研制了30公里远程分布光纤拉曼温度传感器系统，采用了新的光纤放大的反斯托克斯背向拉曼自发散射测温原理，采用1550nm 掺鉺光纤激光器作为抽运源和高速瞬态波形采样技术，累加平均等信号处理技术，提高了信噪比，解决了弱信号检测问题。采用了智能化恒温技术，使主要元器件在恒温条件下工作，解决了工程应用中环境的造应性。远程分布光纤拉曼温度传感器系统的主要技术指标如下: 光纤长度:31公里，关鍵词 光纤传感器, 分布光纤温度传感器, 背向拉曼散射, 光纤放大的反斯托克斯拉曼自发散射，光时域30km long distance distributed optical fiber Raman temperature sensor system ZHANG Zaixuan , WANG Jianfeng , LIU Honglin Y (1. Institute of Optoeelctronics Technology, China Institute o Abstract The progress condition of the of DOFRTS system is got out in the paper. A 30km long range ystem, 1550nm erbium-doped optical fiber laser, high speed data acquisition card and signal processing technique are used. By using these technique, the problem of weak signal detection is resolved and signal to noise ratio is increased. All components of system are put into an intellectualized constant temperature box and work in constant temperature condition. Stability and environment adaptability proved. By appraisal, performance of the system is listed as follows:length of single mode fiber: 31km, temperature rang:0-100°C (can be expanded) ,temperature measuring uncertainty:±2°C, temperature resolution:0.1°C, measurement time:432s, spatial resolution :4m. words Optical fiber sensors, distributed optical fiber temperature sensors, Raman backscattering, optical fiber,tion of anti-Stokes Raman spontaneous scattering, optical time domain reflection.（OTDR ）tech logy. 1 引 言 分布光纤温度传感器系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感系统（DOFRTS），在系统中光纤 既是传输媒体也是传感媒体。利用光纤的拉曼光谱温度效应[1,2]，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传 输的拉曼光散射波，经解调后，将空间温度场的信息实时显示出来。它是一个光纤测量网络；利用光纤的光时域反射（Optical time domain reflection 简称OTDR）技术，由在DOFRPTS 系统中的检测光纤不带代中期治温供 自:浙江省重点科研项目（011101981）资助; 韩国科学技术部韩中光技术研究中心基金项目资助 者简介:张在宣(1936-), 男,教授,中国计量学院光电子技术研究所所长，中国光学学会理事，中国计量测试学会理事。主要事分布光纤拉曼温度传感器和激光光谱测量研究。E-mail:zhangzx@https://www.doczj.com/doc/e418702773.html, ? 基金项作从
现代测试技术大作业 题目：基于智能传感器的分布式现代测温系统姓名：俞晓星 学院：机电工程学院 专业：测控技术与仪器 班级： 学号： 指导教师：顾小军 教务处制 2011年12月20 日
目录 摘要 (3) 引言 (3) 一、背景及研究意义 (4) 1.1温度传感器的发展状况 (4) 1.2智能传感器的实现途径 (5) 1.2.1 软件化 (5) 1.2.2集成化 (5) 1.2.3 采用新的检测原理和结构实现信息处理的智能化 (5) 1.2.4 网络化 (6) 1.2.5 多传感器信息融合技术 (6) 1.3智能温度传感器的应用背景介绍 (6) 1.4选题背景和研究意义 (7) 二、方案设计与论证 (8) 2.1系统工作原理 (8) 2.11分布式温度采集系统 (8) 2.12无线发送/接收系统 (9) 2.13 上位机系统 (9) 2.2 系统软件设计 (10) 2.3 测试结果及结论 (11) 2.4 结论 (12) 参考文献 (12)
基于智能传感器的分布式现代测温系统 基于智能传感器的分布式现代测温系统 嘉兴学院俞晓星 摘要 分布式测量与控制系统正在从基于现场总线技术的软硬件平台,转向支持开 放的、标准化的技术解决方案。应用无线通信技术、Internet技术和标准智能传感器接口的测控系统可望形成下一代分布式测控系统的雏形。本文对应用无线通信技术、Internet技术和IEEE1451系列标准的分布式测控系统的设计与实现进行了深入系统的研究,并初步建立了一个分布式测控原型系统并简要介绍了该系统的工作原理及设计思想即通过各个不同的传感器终端节点监测温度的高低。在设计的监控系统中,基于LabWindows/CVI及VC环境开发了现代温度监测系统的演示软件,通过软件编程发送到上位机（PC机），并在PC机上用VB界面远程控制和显示测的温度值。该系统结构简单，抗干扰能力强，稳定可靠，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，可应用于仓库测温、楼宇空调控和生产过程监控等领域。较好的实现了传感器节点的系统集成及温度值的远程监控。与此同时本文对智能化测温系统的设计理念、系统结构、系统组装调试过程中所需注意的问题进行了较为详细的阐述。 【关键词】：温度传感器现场总线分布式单片机 前言 自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。 温度是环境监测的重要参数,在一些特定的场合常常需要对温度进行监测。如高压蒸汽管道温度的监测,这些监测对企业的生产至关重要。但很多温度监测环境范围大,测点距离远,布线很不方便。为了能精确反应温度的空间分布情况,需要解决多点分布测量问题。已有资料表明利用数字化测温器件获取温度,可以克服传统分布式测温系统的一些缺点,如传输距离、放大电路产生的误差等。本文在此基础上采用智能温度传感器DSl8B20,设计一种应用于现代企业的分布式智能温度测量系统。设计DSl8B20与单片机之间通过IIC总线通信并实现PC机与单
单总线测温芯片QT18B20 单总线是美国DALLAS公司推出的外围串行扩展总线技术。与SPI、I2C串行数据通信方式不同，它采用单根信号线，既传输时钟又传输数据，而且数据传输是双向的，具有节省I/O口线、资源结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点。 单总线的数据传输速率一般为16.3Kbit/s，最大可达142 Kbit/s，通 常情况下采用100Kbit/s以下的速率传输数据。主设备I/O口可直接驱 动200m范围内的从设备，经过扩展后可达1km范围。 典型的单总线应用场景为分布式测量，适用于楼宇、仓库和车间的温度检测。支持单总线的温度传感器鼻祖为maxim公司的DS18B20， 近年国产芯片也推出多款单总线传感器，代表作有七芯公司的QT18B20。以QT18B20为例，典型的单总线网络结构如下： 单总线通讯通过一根控制信号线实现，控制线外接一个5K左右的 上拉电阻以保证总线的空闲状态为高，所有的QT18B20都通过开漏极 端口（通信引脚DQ）连接到总线上。在这个总线系统中，单片机通过 每个器件的唯一64 位编码识别并寻址总线上的器件。由于器件的ID 是唯一的，只要主机（微处理器）有空闲的IO口，电路的抗干扰设计
足够优良，一颗最普通的单片机加上若干测温芯片即可完成一个测温单元（一个粮仓、一个酒窖、一个生产车间）的温度测量，无需数模转换芯片，无需数字通信接口，成本可以做到无限低！在[1]中，250m的范围可以挂接62个DS18B20测温芯片，而随着技术进步以及电路设计能力的提升，采用QT18B20，如今客户可以做到一个测试板负载六百个以上测温点。下图为采用QT18B20生产的实际测温电缆，以及高精度测温探头： 芯片与国外同类芯片实测数据对比如下： 工作电压 2.7V~5.5V 2.8V~5.5V 测温范围 -55℃~+125℃ -55℃~+125℃ 静态功耗(5.5v) 3uA 5uA 动态功耗 0.59mA 0.62mA 可选分辨率 9~12位 9~12位 转换时间(12bit) 500ms 750ms 用户通用软件校准温度 可多次校正,多次读写 不可以
第1章绪论 1.1设计背景 随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现．能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这里设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。选用STC89C52单片机作为主控制器件，DSl8B20作为测温传感器通过LCD1602并行传送数据，实现温度显示。通过DSl8B20直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较好，在-55℃~125℃最大线性偏差小于0.1℃。该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。另外，该温度计还能直接采用测温器件测量温度，从而简化数据传输与处理过程。 1.2智能测温系统特征 温度是我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量，但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。 数字温度计采用进口芯片组装精度高、高稳定性，误差≤0.5%，内电源、微功耗、不锈钢外壳，防护坚固，美观精致。数字温度计采用进口高精度、低温漂、超低功耗集成电路和宽温型液晶显示器，内置高能量电池连续工作≥5年无需敷设供电电缆，是一种精度高、稳定性好、适用性极强的新型现场温度显示仪。是传统现场指针双金属温度计的理想替代产品，广泛应用于各类工矿企业，大专院校，科研院所。 数字温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能。数字温度计
《自动检测技术及仪表》 课程设计报告 题目:单总线数字温度传感器及其应用 学院： 专业： 年级： 姓名： 学号： 指导教师：陈焰
摘要 介绍了单总线数字温度传感器DS1820的内部结构，工作原理、测量电路原理图、特性等，DSl820是由美国DALLAS公司提供的一种单总线系统的数字温度传感器，它可提供二进制9位温度信息，分辨率为0．5℃，可在一55℃～+125℃的范围内测量温度。从中央处理器到DSl820仅需连接一条信号线和地线，其指令信息和数据信息都经过单总线接口与DSl820进行数据交换。DSl820完成读、写和温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，也可以由外部供给。并且，每个DSl820有唯一的系列号，因此同一条单总线上可以挂接多个DSl820，构成主从结构的多点测温传感器网络。此特性可普遍应用在包括环境监测、建筑物和设备内的温度场测量，以及过程监视和控制中的温度检测中。○1 一、单总线数字温度传感器的内部结构 DSl820内部框图如图l所示○2。主要包括7部分：(1)64位光刻ROM 与单线接口；(2)温度传感器；(3)寄生电源；(4)温度报警触发器TH 和TL，分别用来存储用户设定的温度上、下限；(5)高速暂存器，即便笺式RAM，用于存放中间数据；(6)存储与控制逻辑；(7)8位循环冗余校验码(CRC)。
图1 DS1820内部结构 二、单总线数字温度传感器的工作原理 该器件可以从单总线上得到能量并储存在内部电容中，该能量是当信号线处于低电平期间消耗，在信号线为高电平时能量得到补充，这种供电方式称为寄生电源供电。DSl820也可以由3—5.5V的外部电源供电。 每一片DSl820都有64位长的惟一ROM码。第一个八位为单总线器件识别码(DSl820为28h)，接下来48位是器件的惟一系列码，最后八位是前56位的CRC校验码。CRC校验码按下列多项式计算: DSl820内有一个能直接转化为数字量的温度传感器，其分辨率为9，lO，ll，12bit可编程，通过设置内部配置寄存器来选择温度的转换精度，出厂时默认设置为12bit。温度的转换精度有O．5℃、O．25℃、O．125℃、O．0625℃。温度转换后以16bit格式存入便笺式RAM，可以用读便笺式RAM命令(BEH)通过1一Wire接口读取温度信息，数据传
基于STC单片机的温度测量系统的研究 摘要：本文针对现有温度测量方法线性度、灵敏度、抗振动性能较差的不足，提出了一种基于STC单片机，采用Pt1000温度传感器，通过间接测量铂热电阻阻值来实现温度测量的方案。重点介绍了，铂热电阻测量温度的原理，基于STC实现铂热电阻阻值测量，牛顿迭代法计算温度，给出了部分硬件、软件的设计方法。实验验证，该系统测量精度高，线性好，具有较强的实时性和可靠性，具有一定的工程价值。 关键词：STC单片机、Pt1000温度传感器、温度测量、铂热电阻阻值、牛顿迭代法。 Study of Temperature Measurement System based on STC single chip computer Zhang Yapeng,Wang Xiangting,Xu Enchun,Wei Maolin Abstract:A method to achieve temperature Measurement by the Indirect Measurement the resistance of platinum thermistor is proposed. It is realized by the single chip computer STC with Pt1000temperature sensor.The shortcomings of available methods whose Linearity, Sensitivity, and vibration resistance are worse are overcame by the proposed method. This paper emphasizes on the following aspects:the principle of temperature measurement by using platinum thermistor , the measurement of platinum thermistor’s resistance based on STC single chip computer, the calculating temperature by Newton Iteration Method. Parts of hardware and software are given. The experimental results demonstrate that the precision and linearity of the method is superior. It is also superior in real-time character and reliability and has a certain value in engineering application. Keywords: STC single chip computer，Pt1000temperature sensor，platinum thermistor’s resistance，Newton Iteration Method 0 引言 精密化学、生物医药、精细化工、精密仪器等领域对温度控制精度的要求极高，而温度控制的核心正是温度测量。 目前在国内，应用最广泛的测温方法有热电偶测温、集成式温度传感器、热敏电阻测温、铂热电阻测温四种方法。 (1) 热电偶的温度测量范围较广，结构简单，但是它的电动势小，灵敏度较差，误差较大，实际使用时必须加冷端补偿，使用不方便。 (2) 集成式温度传感器是新一代的温度传感器，具有体积小、重量轻、线性度好、性能稳定等优点，适于远距离测量和传输。但由于价格相对较为昂贵，在国内测温领域的应用还不是很广泛。 (3) 热敏电阻具有灵敏度高、功耗低、价格低廉等优点，但其阻值与温度变化成非线性关系，在测量精度较高的场合必须进行非线性处理，给计算带来不便，此外元件的稳定性以及互换性较差，从而使它的应用范围较小。 （4）铂热电阻具有输出电势大、线性度好、灵敏度高、抗振性能好等优点。虽然它 的价格相对于热敏电阻要高一些，但它的综合性能指标确是最好的。而且它在0~200°C范
万方数据
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基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的分析研究 作者：刘扬， 侯思祖， LIU Yang， HOU Si-zu 作者单位：华北电力大学电子与通信工程系,河北保定,071003 刊名： 电子设计工程 英文刊名：ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING 年，卷(期)：2009,17(1) 被引用次数：8次 参考文献(6条) 1.刘建胜;李铮;张其善光纤完全分布式温度传感系统研究进展 1999(03) 2.张在宣光纤分子背向散射的温度效应及其在分布光纤温度传感网络上应用研究的进展[期刊论文]-原子与分子物理学报 2000(03) 3.J.P.Dakin;D.J.Pratt Distributed optical fiber sensors 1985(09) 4.张在宣;金仁诛新型分布式光纤拉曼光子温度传感器系统[期刊论文]-物理实验 2003(01) 5.张河;张庆调频高斯小波变换及其程序信号处理[期刊论文]-信号处理 1997(03) 6.李国宽;彭嘉雄;李红基于向量小波变换的小目标检测方法[期刊论文]-华中理工大学学报 2000(01) 本文读者也读过(10条) 1.赵玉明.李长忠.翟延忠.许舒荣基于拉曼散射分布式光纤测温系统的理论分析[会议论文]-2007 2.赵玉明.李长忠.翟延忠.许舒荣.ZHAO Yu-ming.LI Chang-zhong.ZHAI Yan-zhong.XU Shu-rong基于拉曼散射分布式光纤测温系统的理论分析[期刊论文]-计量学报2007,28(z1) 3.刘扬基于拉曼散射的分布式光纤测温系统研究——数据采集与处理[学位论文]2008 4.李丽萍.LI Li-ping基于DSP的分布式光纤测温系统[期刊论文]-太原科技2008,172(5) 5.张磊.冯雪.张巍.刘小明.ZHANG Lei.FENG Xue.ZHANG Wei.LIU Xiao-ming基于变脉宽光源的分布式光纤拉曼温度传感器研究[期刊论文]-光子学报2009,38(10) 6.蒋奇.隋青美.JIANG Qi.SUI Qing-mei分布式光纤传感油井高温测试及其信号去噪研究[期刊论文]-化工自动化及仪表2007,34(5) 7.何明科.张佩宗.李永丽.HE Ming-ke.ZHANG Pei-zong.Li Yong-lie分布式光纤测温技术在电力设备过热监测中的应用[期刊论文]-电力设备2007,8(10) 8.戚风云.赵乐军.周又玲基于DSP的分布式光纤测温系统及高速数据采集与处理[期刊论文]-今日电子2005(7) 9.俞睿默.YU Rui-mo在线测温检测技术在无人值班变电站应用的可行性探讨[期刊论文]-华东电力2009,37(7) 10.李秀琦基于拉曼散射分布式光纤测温系统的研究与设计[学位论文]2008 引证文献(8条) 1.林波长距离桥隧敷设超高压电力电缆在线测温监控系统研究[期刊论文]-机电信息 2012(3) 2.王小辉.李圣普.刘建粉光纤传感在电力传输安全监测中的应用研究[期刊论文]-信息技术 2013(2) 3.肖俊明.刘鹏程基于拉曼散射的光纤测温系统在煤矿井下电缆温度监测中的应用[期刊论文]-煤矿机械 2012(7) 4.王金龙.潘勇.努尔买买提.李士建.薛瑾同纤温压组合监测系统应用问题分析[期刊论文]-电子世界 2012(14) 5.何炜斌.廖维君.薛志亚.章晓满基于分布式光纤测温的电力电缆在线监测技术研究[期刊论文]-广东电力 2013(5) 6.韩永温.郝文杰.张林行.张晓飞.吕中虎基于拉曼散射原理的分布式光纤测温系统研究[期刊论文]-半导体光电2013(2)
摘要 温度是表征物体冷热程度的物理量。在工农业生产和日常生活中，对温度的测量控制始终占据着重要地位。温度传感器应用范围之广、使用数量之大，也高居各类传感器之首。 本文使用温度传感器设计了一个完整的测温系统。该系统所采用的温度传感器为热电偶，A/D转换器件为ADC0809，微型计算机采用的是MCS-51单片机。系统将温度变换、显示和控制集成于一体，用软件实现系统升、降温的调节，控制采用了模糊控制原理对系统进行控制。 设计的系统所满足的技术指标：测温范围为500—800℃，响应时间为小于等于1s，误差范围为-5℃—+5℃。 关键词：热电偶A/D转换模糊控制 ABSTRACT Temperature is the physical quantity of symptom object cold hot level. In the daily life and production of industry and agriculture, occupy important position all along for the measure control of temperature. Temperature sensor application broad scope and use big quantity, also hold the head of each kind of sensor high. This paper uses temperature sensor and has designed , is a and complete to measure warm system. The temperature sensor adopted by this system is thermocouple, the converter of A/D is ADC0809, what personal computer adopt is that MCS-51 only flat machine. System alternates temperature , shows and controls to be more integrated than one body , realizes system with software to rise , cool down regulation, control has adopted vague control principle as system controls. The technical index of design satisfied by system: Measure warm scope is 500 —
基于单片机的温度系统设计 [摘要] 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于AT89C52 单片机的测温系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20 开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20 的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20 与AT89C52 结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。 [关键词] 单片机;AT89C52;温度传感器;DS18B20;
Design of temperature measurement system based on single chip microcomputer [Abstract] With the era of progress and development, single-chip technology has spread to our lives, work, research and in various fields, has become a relatively mature technology. This paper introduces a temperature measuring system based on AT89C52, a detailed description of the use of digital temperature sensor DS18B20 measurement system development process, focusing on the sensor in SCM hardware connection, software programming and system flow of each module in detail, especially the digital temperature sensor DS18B20 data acquisition process. On the part of the circuit and one one were introduced, the system can facilitate the realization of the realization of temperature acquisition and display, and can be arbitrarily set the alarm temperature. it is very convenient to use, has high accuracy, wide measuring range, high sensitivity, small volume and low power consumption, suitable for our daily life and work in agricultural production and temperature measurement, but also can be used as a temperature processing module embedded in other systems, as the other main system aided extension.DS18B20 combined with AT89C52 to achieve the most simple temperature detection system, the system has the advantages of simple structure and strong anti-interference ability, suitable for harsh environment on-site temperature measurement, and has wide application prospect. [Keywords] Single-chip; AT89C52;Temperature sensor;DS18B20;