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  • 常见的温度采集方法
    2022-07-19 16:45:38

    基于WiFi的温度采集与控制系统

    项目设计报告

      号:V1.0

    项目名称:          基于WiFi的温度采集与控制系统                      

    设计周期:                                                                                  

    项目团队:                                                                                  

    项目组长:                                                                                  

    拟 制 人:                                                                                   

    完成日期:                                                                                  


     

      1. 项目概述

    随着现代信息技术的飞速发展,温度采集与控制系统在社会生产生活中扮演着一个越来越重要的角色,它对人们的生活具有很大的影响,所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。从目前温度控制的产品现状及国内外的市场前景来看,温度采集与控制课题是一个成熟的有市场潜力的研究项目。该课题的研究不仅能够解决国内在这方面研究的弱势,而且能够迅速适应市场发展,满足国内外市场的需求。目前我国农业经济占很大比例,而温控系统在农业生产中显得尤为重要,并且由过去单因素控制向利用环境计算机进行多因子动态控制的展,以后更趋于智能化、网络化和节能化发展。由于所学理论知识和学校所提供器件都有限,本次设计采用单片机技术完成,控制功能比较简单,很容易就能实现,其他的模块电路采用的是最基本电子技术。本设计最重要的是用单片机软件编程实现功能,它的编程思想方法仍值得学习和研究,为温控系统的进一步研究奠定基础。

      1. 设计任务和要求

    本次设计以常见的温度传感器DS18B20为基础,结合单片机STC89C52,以及当前低价高性价比的热门芯片ESP8266WiFi芯片,WM-USB2UART模块,同时使用App Inventor软件开发手机APP,开发一个实时温度监控系统。单片机通过温度传感器对温度实施实时的采集,并通过LCD1602将温度数据实时显示并且上传到手机App。外部设备没有独立电源,可用WM-USB2UART模块给外部设备供电,提供3.3V、5V两种规格直流电源。

    1. 项目管理目标

    团队成员必须按照分配任务定期完成,不能因为个人导致团队的进度无法推进。

    项目产品的设计需采用合适的器件,争取最小成本实现完整稳定的系统。

    1. 个人技术提升目标

    通过项目开发的锻炼能够熟练掌握一个控制系统的开发流程,熟悉STC89C52RC、DS180B20DLCD1602、WM-USB2UART模块、ESP8266WiFi模块等各个模块的使用方法和原理,能够测试软件、硬件功能并找出问题。

    1. 项目产品性能实现目标

    有显示屏将实时温度采样值、设置信息显示出来

    通过手机 APP控制显示

    通过WiFi模块传送数据

    1. 工作量评估及团队分工

    根据项目实现难度和工作量,考虑个人能力,完成本项目预计需1~3人,推荐2人完成,默认A为项目组长。

    按推荐的2人完成,需要1周时间来完成。如果1人或3人完成,时间加减3天

    具体的工作内容、时间及人员安排见下表:

    表1工作内容

    项目CDIO阶段任务描述

    工作内容

    人员分工(A,B两人)

    时间安排(天)

    成果输出

    C

    进行项目产品需求整理和确认,产品实现原理、方案和架构、规格等分析论证和整理

    原理图设计、产品效果预测、市场需求调查

    一天

    设计好电源原理图,并且通过调查发现在高校中像这种产品的需求量还是很大的,预测产品效果也较佳。

    D

    进行项目软硬件详细设计,包含硬件电路理论分析,软件和程序流程梳理,关键算法分析等,最后完成硬件电路原理图PCB设计,软件和程序编码工作

    软件设计

    一天

    通过原理图在proteus上进行仿真,并且达到预计效果。

    硬件设计

    一天

    通过在相关软件个画原理图转换PCB板,制作出对应的PCB板。

    I

    进行项目实物制作并开展调试测试验收

    焊接实物进行调试

    一天

    完成实物焊接,并进行测试达到了预测效果。

    O

    整理项目设计报告,整理更新项目附件资料

    实验报告撰写

    一天

    完成实验报告撰写,并进行相关整理。

      1. 项目可行性分析

    1.单片机最小系统
        单片机最小系统包括单片机芯片,时钟电路和复位电路。时钟电路用于产生单片机工作时所必须的时钟信号。STC89C52RC单片机的内部电路在时钟信号控制下,严格地按时序执行指令进行工作;复位操作是单片机的初始化操作,只需给单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期的高电平就可以使单片机复位。

    2.测温部分

    采用的是DS18B20传感器进行温度测量,它在测量温度、转换时间、传输距离、分辨率等方面也有很大的改进。与传统的热敏电阻相比,它不仅能够直接读出被测温度值,并且可以根据实际要求通过简单的变成来读取9到12位的温度值。

    3.WiFi模块

    ATK-ESP8266WiFi模块是ALIENTEK 推出的一款高性能的 UART-WiFi(串口-无线 WIFI)模块,ATK-ESP8266 板载 ai-thinkerai公司的 ESP8266 模块,该模块通过 FCC,CE 认证。ATK-ESP8266 模块采用串口(LVTTL)与 MCU(或其他串口设备)通信,内置 TCP/IP协议栈,能够实现串口与 WIFI 之间的转换。ATK-ESP8266 模块支持 LVTTL 串口,兼容 3.3V 和 5V 单片机系统,可以很方便的与产品进行连接。模块支持串口转 WIFI STA、串口转 AP 和 WIFI STA+WIFI AP 的模式,从而快速构建串口-WIFI 数据传输方案,方便设备使用互联网传输数据。

      1. 方案比较与关键器件选型
    1. 方案比较

    方案一:采用STC89C单片机。STC89C单片机的软件编程自由度比较大,可通过编程实现各种算法以及逻辑控制。并且体积适中,引脚足够,方便安装使用。可以单独对数字温度传感器DS18B20进行控制,另外STC89C在工农业控制上也有着比较广泛的应用,编程技术和外围电路的配合使用都相当成熟。

    方案二:使用STM32正点原子16位单片机。
    STM32系列 MCU 功能强大、种类齐全,结合了高性能、实时、低功耗、低电压等特性,同时保持了高集成度和易于开发的优势。根据片内 Flash 和 RAM 的容量,以及片上外设资源种类和数量的不同,STM32系列微控制器主要分为STM32F101系列、STM32F102系列、STM32F103系列和STM32F105/107系列。

    方案一:采用热敏电阻,可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围,但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差,对于检测1摄氏度的信号是不适用的。
    方案二:采用单片模拟量的温度传感器,比如AD590,LM35等。但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给单片机,这样就使得测温装置的结构较复杂。另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量。即使能实现,也要用到复杂的算法,一定程度上也增加了软件实现的难度。
    方案三:采用DS18B20来测量待测电的温度,数字温度传感器DS18B20输出的信号全数字化。方便单片机处理及控制,省去传统的测温系统的很多外围电路。且该芯片的物理化学性都很稳定,它能作为工业测温元件。此元件线性度好,在0℃到100℃时,最大线形偏差小于1℃。DS18B20的最大特点是单总线的数据传输,由数字温度计DS18B20和微控制器STC89C52构成的温度采集系统,它可以直接输出温度的数字信号,而且直接显示在数码管上。因此该温度采集系统的结构就比较简单,体积也较小。

    1. 关键器件选型

    DS18B20 -55°C~+125°C,测温分辨率可达0.0625°C

    STC89C52

    LCD1602

    WM-USB2UART模块

    ESP8266 WiFi模块

      1. 系统架构及规格定义

    图1:结构框图

    系统设计规格图表显示如下:

    表2:测试结果

    结果

    基于

    WiFi的温度

    采集与控制系统参数

    预期结果

    实测结果

    显示

    能本地显示实时温度采样值、被控设备指示状态,无乱码、多字节、少字节现象

    正常显示

    执行模块

    收到相应指令后能执行命令动作,据有告警指示功能

    WiFi连接功能

    可以和手机正常连接

    正常连接

    手机APP

    具有温度显示、过温报警功能且可通过按键发送指令控制执行模块

    正常控制


     

      1. 硬件设计
        1. 理论分析

    基于WiFi的温度采集与控制系统的仿真使用的是Proteus软件。

    电路设计使用Altium Designer进行电路原理图和PCB的设计。

    单片机开发使用Keil4,程序下载使用串口ISP下载的方式。

    上位机开发使用Android Studio,如果不做上位机开发,可通过手机网络调试助手进行温度读取及命令下发。

    硬件仿真和固件程序的设计需同步进行,对有些仿真库中没有的物料,使用能替换的物料进行仿真。

    画电路原理图时,可直接使用附件资料中的原理图封装库xx.SCHLIB而不用再自己绘制原理图元件符号,将其添加到自己的Project中即可使用。绘制PCB时,可直接将附件资料中的PCB机械尺寸(PCB的外框)xx- -Outline.PcbDoc导入到自己的Project中,作为自己的PCB,而不用自己规划PCB的大小,直接将元件导入后在上面布局即可。另外,可直接使用附件资料中的PCB封装库文件xx.Pcblib而不用再自己画元器件的PCB封装,将其添加到自己的Project中即可使用。

    PCB设计采用模块化分区布局,PCB大小为100*80mm;

    电源指示灯靠近电源输入端指示模块上的供电情况;

    两侧各留5mm工艺边,可标注公司及产品信息;

    采用2mm倒角,防止尖锐的直角对使用者构成安全隐患;

    过孔:>=20mil;

    线宽:>=10mil;

    线间距:>=7mil;

    铺铜:在布局布线完成后,应尽可能多的铺铜(铺地),以减少雕刻区域,节省雕刻时间(如果是自己制作PCB板)。

    PCB电气规则检查无误后可用于生产,如果是外协制作PCB板,在PCB设计文件交给PCB制版厂生产时,需要填写制版说明,制版说明应该包括联系人、联系方式、制版要求等信息。譬如,板厚:2.0mm,蓝底白字,过孔覆绿油、指定的机械孔要电镀等。在设备支持的情况下也可自行生产。

    图1:供电电路

        1. 仿真验证

    图2:proteus仿真电路

        1. 电路原理图设计

    图3:AD原理图设计

        1. PCB设计

    图4:PCB正反面

      1. 固件程序设计

    采用 51 系列的单片机。该单片机是一个高可靠性、超低价、高性能的 8 位单片机, 32 个 IO 口,且 STC 系列的 51 单片机单片机可以在线编程、调试,方便地实现程序的 下载与整机的调试。

        1. 开发环境描述,接口说明及绘制程序流程图
        2. 关键算法分析
        3. 编码
      1. 软件设计
        1. 开发环境说明及绘制软件流程图
        2. 关键算法分析
        3. 编码
      1. 调测步骤
    1. 调试步骤如下:

    由于单片机和ESP8266的通信是通过串口收发命令的方式进行通信的,所以调试过程中需要对ESP8266的一些指令要有一定的了解。单片机发送给ESP8266的数据格式要符合ESP8266的规定,ESP8266发送给单片机的数据需要在单片机固件程序中进行解析。可以对ESP8266模块和51单片机分别进行串口调试。

    ESP8266模块的初始波特率为115200(有些可能为9600),与单片机通信时需要将波特率改为9600,可在USB2UART模块上测试。测试时将ESP8266接在USB2UART模块上。

    调试方法如下:

    a. 将USB2UART插入电脑USB口(确保CH340的驱动已经安装)。查看设备管理器中的端口号。

    b.打开串口调试助手,进行配置。

    c. 输入"AT"命令,点击发送,如果返回OK,则正常。如果不返回,则将调试助手的波特率改为115200后再输入"AT",点击发送,如果返回为OK,则说明ESP8266的波特率为115200,需要发送“AT+UART_DEF=9600,8,1,0,0”命令,将ESP8266的波特率改为9600。再将串口通信助手的波特率改为9600,再次输入命令"AT",发送后查看是否返回OK。

    d.步骤c正常后,输入“AT+CIFSR”查看ESP8266的IP地址;输入“AT+CWMODE=2”配置AP模式;输入“AT+CWSAP="ESP8266-TEMP","qwertyui",5,3”配置热点名、密码、连接方式等(参考AT手册)。

    e. 上述配置完成后,用手机连接已经设置好的WiFi并安装手机的网络调试助手软件进行收发命令测试。   

    g. 手机网络调试助手输入aa,则电脑串口助手显示“+IPD,0,3:aa”;电脑串口助手输入“AT+CIPSEND=0,5”后再“20.5”,手机网络调试助手显示20.5。

    f.通过串口助手发送命令来控制执行模块,串口输入“+IPD,0,3:aa”则打开D1。串口输入“+IPD,0,3:bb”关闭D1。同样输入相应命令控制D2指示灯。

      1. 成品展示

    下面的图片分别展示了产品硬件实物、检测过程图片:

    图5:测试实物图

    图6:App测试图

      1. 测试记录

    参考C阶段的规格定义,逐项检查设计结果是否满足项目设计指标要求。

    表3:实物测试结果

    结果

    基于

    WiFi的温度

    采集与控制系统参数

    预期结果

    实测结果

    显示

    能本地显示实时温度采样值、被控设备指示状态,无乱码、多字节、少字节现象

    能正常显示

    执行模块

    收到相应指令后能执行命令动作,据有告警指示功能

    WiFi连接功能

    可以和手机正常连接

    可以

    手机APP

    具有温度显示、过温报警功能且可通过按键发送指令控制执行模块

    可以连接

      1. 测试结论

    基本功能全部正常,能正常通过WiFi模块向手机发送数据,手机能正常接受数据并且正常控制。

    O-项目运作(Operate

      1. 项目运其他考虑因素
      2. 项目总结

      在这次实习中还锻炼了我其他方面的潜力,提高了我的综合素质。首先,它锻炼了我做项目的潜力,提高了独立思考问题、自己动手操作的潜力,在工作的过程中,复习了以前学习过的知识,并掌握了一些应用知识的技巧等。其次,实训中的项目作业也使我更加有团队精神。

      从里,我学会了下面几点:

      一、继续学习,不断提升理论涵养。

      在信息时代,学习是不断地汲取新信息,获得事业进步的动力。作为一名青年学子更就应把学习作为持续工作用心性的重要途径。走上工作岗位后,我会用心响应单位号召,结合工作实际,不断学习理论、业务知识和社会知识,用先进的理论武装头脑,用精良的业务知识提升潜力,以广博的社会知识拓展视野。

      二、努力实践,自觉进行主角转化。

      只有将理论付诸于实践才能实现理论自身的价值,也只有将理论付诸于实践才能使理论得以检验。同样,一个人的价值也是透过实践活动来实现的,也只有透过实践才能锻炼人的品质,彰显人的意志。务必在实际的工作和生活中潜心体会,并自觉的进行这种主角的转换。

      三、提高工作用心性和主动性

      实习,是开端也是结束。展此刻自己面前的是一片任自己驰骋的沃土,也分明感受到了沉甸甸的职责。在今后的工作和生活中,我将继续学习,深入实践,不断提升自我,努力创造业绩,继续创造更多的价值。

      我认为大学生实习难,就业难,除非你有关系,能给你简单找到工作,否则就难逃市场选取的厄运。只能智勇双全,才能在这个社会中出人头地。

    能够说这次实训不仅仅使我学到了知识,丰富了经验。也帮忙我缩小了实践和理论的差距。这次实训将会有利于我更好的适应以后的工作。我会把握和珍惜实训的机会,在未来的工作中我会把学到的理论知识和实践经验不断的应用到实际工作中,为实现理想而努力。最后,我要感谢学院组织的这次十分有好处的实训,使我们学到了很多,也领悟了很多同时也要感谢企业的各位老师,每天跟随着我们,指导我们,让我们更快更好的接触项目,了解项目,帮助我们解决疑难。

    电路原理图

    proteus仿真

     

     

     

     

     ESP8266代码

    #include <esp8266.h>
    #include <public.h>
    #include <uart.h>
    
    void ESP8266_init()
    {
    	
    	UART_str("AT+CWMODE=3\r\n");//STA+AP模式  掉电重启保留
    	delay(100);
    	UART_str("    ,5,3\r\n");//设置esp8266的WiFi名称,掉电重启保留
    	delay(100);
    //	UART_str("AT+RST\r\n");//重启 
    //	delay(600);
    	UART_str("AT+CIPMUX=1\r\n");//多连接  
    	delay(100);
    	UART_str("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n");//建立TCP server,默认端口333
    	delay(100);
    }
    

    串口代码

    #include <uart.h>
    #include <public.h>
    void UART_data(uchar dat)
    {
    	SBUF=dat;
    	while(TI==0);
    	TI=0;
    }
    
    //字符串发送函数
    void UART_str(uchar *s)//不能用来发送含有'\0'的字符数组:table[10],Temp[6];
    {
    	while(*s!='\0')
    	{
    		UART_data(*s);
    		s++;
    	}
    	delay(10);
    }
    
    void UART_init()
    {
    	TMOD=0x21;//定时器T0方式一,T1方式二:8位自动重装
    	TH0=0x4c;//50ms
    	TL0=0x00;
    	EA=1;
    	ET0=1;
    	TR0=1;
    	SCON=0x50;//串口方式一,REN=1,允许接收
    	PCON=0x00;
    	TH1=0xfd;//将波特率设置为9600
    	TL1=0xfd;
      ES =1; 
    	TR1=1;
    }

    主函数

    #include <reg52.h>
    #include <temp.h>
    #include <lcd1602.h>
    #include <public.h>
    #include <esp8266.h>
    #include <uart.h>
    
    uchar Temp[8]="025.0";//存放温度。例如123.32
    uchar Temp1[]="Temp:";
    uchar rec_data[20];//存放串口接收字符串,发送字符串长度不要超过10。
    uchar code OFF[]="OFF";
    uchar code ON[]="ON ";
    uchar code LED[]="LED:";
    uchar SetTemp[]="25";
    sbit D2=P2^4;
    sbit D3=P2^5;
    sbit S1=P2^1;	
    sbit S2=P2^2;
    sbit relay=P2^3;//继电器
    bit flag=0;
    
    void temp_change(int temp)
    {
    	float tp=0;//11111 000  00000000,temp为16位2进制数,前五位符号位,1为负,0为正
    	if(temp&0xf000)//&0xf000
    	{
    		Temp[0]='-';
    		temp=temp-1;
    		temp=~temp;
    		tp=temp;
    		temp=tp*0.0625*100+0.5;	
    	}
    	else
    		{
    			tp=temp;
    			temp=(tp*6.25)+0.5;
    			Temp[0]=temp%100000/10000+0x30;  
    		}
    		Temp[1]=temp%10000/1000+0x30;	
    		Temp[2]=temp%1000/100+0x30; 
    		Temp[3]='.';
    		Temp[4]=temp%100/10+0x30;
    		Temp[5]=temp%10/1+0x30; 
    		Temp[6]=0x6f;
        	Temp[7]='C';
    }
    
    void keyscanf()
    {
    	uchar i;
    		if(S1==0)
    			delay(10);
    		if(S1==0)//继电器关
    			{		
    				while(S1==0);		
    				relay=0;			
    				LCD_write_com(0x80+0x44);
    				for(i=0;i<3;i++)
    				LCD_write_data(ON[i]);
    			}
    			if(S2==0)
    				delay(10);
    			if(S2==0)//继电器关
    				{
    					while(S2==0);
    				  relay=1;	
    					LCD_write_com(0x80+0x44);
    					for(i=0;i<3;i++)
    					LCD_write_data(OFF[i]);
    				}
    }
    
    void init()
    {
    	uchar i;
    	LCD_write_com(0x80);
    	for(i=0;i<8;i++)
    	LCD_write_data(Temp1[i]);	
    	LCD_write_com(0x80+0x40);	
    	for(i=0;i<4;i++)
    	LCD_write_data(LED[i]);
    	for(i=0;i<3;i++)
    	LCD_write_data(OFF[i]);			
    }
    
    void main()
    {
    	uchar i;
     UART_init();  // 串口初始化
    	LCD_init();  // 1602初始化
    	init();
    	ESP8266_init();  // 8266初始化
    	for(i=0;i<90;i++)
    		temp_change(ds18b20_readtemp());
    	while(1)
    	{
    		temp_change(ds18b20_readtemp());//将温度存放到Temp[]数组,方便发送给串口
    		LCD_write_com(0x85);
    		for(i=1;i<8;i++)
    		LCD_write_data(Temp[i]);
    		UART_str("AT+CIPSEND=0,5\r\n");	  //数据发送命令
    		for(i=1;i<6;i++)
    		{
    		 UART_data(Temp[i]);	  //数据发送
    		 delay(100);
    		}
    			UART_str("\r\n");
    	  delay(1000);
    	}
    }
    
    void time0() interrupt 1
    {
    	static count;
    	TH0=0x4c;//50ms
    	TL0=0x00;
    	count++;
    	keyscanf();
    	if(count==10)
    	{
    		count=0;
    		
    		if(flag)
    			{
    				if(Temp[1]>=SetTemp[0]&&Temp[2]>=SetTemp[1])
    					D3=~D3;
    				if(Temp[1]<=SetTemp[0]&&Temp[2]<SetTemp[1])
    					D3=1;
    			}
    			else
    				D3=1;
    	}	
    }
    
    //串口中断函数,每接收一个字节(8bit),中断一次。num必须定义为static
    void uart() interrupt 4
    {
    	static uchar num=0;//num 用来计数
    	uchar i;
    	if(RI)//接受到了数据
    	{
    		ES=0;
    		rec_data[num]=SBUF;
    		RI=0;
    		if(rec_data[0]=='+')//+IPD	
    			num++;
    		else 
    			num=0;
    		if(num==11)
    		{
    			if(rec_data[9]>='0'&&rec_data[9]<='9'&&rec_data[10]>='0'&&rec_data[10]<='9')
    			{
    				for(i=0;i<2;i++)
    				SetTemp[i]=rec_data[num+i-2];
    			}
    			num=0;
    			switch(rec_data[9])
    			{
    				case 'a':
    					relay=0;																
    					LCD_write_com(0x80+0x44);
    					for(i=0;i<3;i++)
    					LCD_write_data(ON[i]);
    				break;
    				case 'b':
    					relay=1;																		
    					LCD_write_com(0x80+0x44);
    					for(i=0;i<3;i++)
    					LCD_write_data(OFF[i]);	
    				break;
    				case 'c':
    					D2=0;
    				break;
    				case 'd':
    					D2=1;
    				break;
    				case 'e':
    					flag=1;
    				break;
    				case 'f':
    					flag=0;
    				break;
    			}		
    		}
    		ES=1;
    	}
    } 

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  • 热敏电阻温度采集简述

    千次阅读 2020-08-10 16:33:39
    标题一. 热敏电阻总体说明 本简述是说明 NTC热敏电阻器对温度的测量。热敏电阻器把温度的变化转换为电阻阻值...Positive Temperature Coefficient 简称 PTC热敏电阻有电阻值随温度升高而降低的负温度系数Negative Temp

    标题一. 热敏电阻总体说明

    本简述是说明 NTC热敏电阻器对温度的测量。热敏电阻器把温度的变化转换为电阻阻值的变化, 再应用相应的测量电路把阻值的变化转换为电压的变化;然后通过芯片或处理电路,可以把模拟的电压值转换为数字信号,对数值信号进行处理可以得到相应的温度值。也就音特公司常提到的模数转换.

    1.1 热敏电阻器热敏电阻有电阻值随温度升高而升高的正温度系数
    Positive Temperature Coefficient 简称 PTC热敏电阻有电阻值随温度升高而降低的负温度系数Negative Temperature Coefficient简称 NTC 热敏电阻。NTC 热敏电阻器,是一种以过渡金属氧化物为主要原材料,采用电子陶瓷工艺制成的热敏半导体陶瓷组件。这种组件的电阻值随温度升高而降低,利用这一特性可制成测温、温度补偿和控温组件,又可以制成功率型组件,抑制电路的浪涌电流。
    电阻温度特性可以近似地用下式来表示:热敏电阻温度特性
    公式中:RT、RN分别表示NTC在温度T(K)和额定额定温度TN (K)下的电阻值,单位Ω,T、TN 为温度, 单位K(TN(k)=273.15+TN(℃))。B,称作B值,NTC热敏电阻特定的材料常数(Beta)。由于B值 同样是随温度而变化的,因此NTC热敏电阻的实际特性,只能粗略地用指数关系来描述,所以这种方法只能以一定的精度来描述额定温度或电阻值附近的有限的范围。但是在实际应用中,要求有比较精确的 R-T 曲线。要用比较复杂的方法(例如用 The Steinhart-Hart 方程),或者用表格的形式来给定电阻/温度关系。
    下表是选用 NTC热敏电阻器 MF52-502F3950B,基于精确的R-T 曲线,来对温度进行精确的测量。
    1.2 电阻-温度关系如表A1 所示
    NTC 热敏电阻器 MF52-502F3950B 各温度点的电阻值,即电阻-温度关系表。从提供的电阻-温度关系表中可以 看出 NTC 热敏电阻器MF52-502F3950B的测温范围为 [-55℃,125℃],其电阻值的变化范围为[250062Ω,242.64Ω]。
    表A1MF52-502F3950B所示:热敏电阻数据
    热敏电阻数据

    热敏电阻数据
    热敏电阻数据
    1.3数值处理
    通过表 A1 电阻-温度关系表可以很直观的看到电阻的变化范围从 242.64Ω到 250062Ω,在-55℃的时候其表现出的电阻值是 125℃时所表现的电阻值的 1030 倍,这么大的变化范围也为模数转换测量带来了困难。
    测量电路如下图所示。热敏电阻测量电路
    如上图所示 NTC 热敏电阻 Rv 和测量电阻 Rm(精密电阻)组成一个简单的串联分压电路,参考电压VCC_Ref 经过分压可以得到一个电压值随着温度值变化而变化的数值,这个电压的大小将反映出NTC 电阻的大小,从而也就是相应温度值的反映。 通过欧姆定律可以得到输出电压值Vadc 和 NTC 电阻值的一个关系表达式1:电压值与电阻值转换
    那么接下来的数据处理将基于式上式展开:查出处理芯片也称模数转换器 ADC 的精度,其参考电压为 5V,因此这里可以选择 Vref=5V。各温度点对应的 ADC 转换后的数字量可以计算。
    表达式2.
    Dadc = 1024Vadc/5V
    结合表达式1和表达式2,可以得出表达式3:
    Dadc = 1024
    Rm/(Rv+Rm)

    如果这里取 测量电阻Rm 选择4.7KΩ,那么可以计算出:
    在- 55℃时 所对应的 Dadc = 10241000/(250062+1000) = 4;
    在 125℃时 所对应的 Dadc= 1024
    1000/(242.64+1000)= 824。
    根据这样的对应关系对数据进行预处理,得到如下处理结果如下数据所示:
    atic const Int16 NTCTAB2[181] =
    {19,20,21,22,23,24,26,27,29,30,32,34,36,38,40,42,44,47,49,52,55,57,61,64,67,71,74,78,82,86,90,95,99,104,109,114,120,150,156,161,168,172,180,187,194,201,208,215,222,230,238,247,255,264,272,280,291,302,310,319,328,338,347,357,367,376,384,395,405,414,424,434,444,453,464,474,484,494,502,512,522,531,540,551,560,569,579,586,595,604,613,624,633,642,650,658,666,673,680,688,696,704,712,719,726,733,741,749,755,760,767,774,780,785,791,798,804,811,816,821,827,832,837,842,847,851,856,862,868,873,856,860,864,868,872,876,879,883,886,890,893,896,899,902,905,908,911,914,917,919,922,924,927,929,931,934,936,938,940,942,944,946,947,949,951,953,954,956,958,959,961,962,964,965,966,968,969,970,971,973,974};//4.7K

    重要说明:
    这个表格是应用中所需要的一个很重要的转换表,这一部分是事先制作好的表格,将为接下来的处理提供参考依据。测量电阻 Rm 的选取是有一定的规律的,在实际的应用中不一定都需要测量全程温度,可以估算出大致的温度范围。本着提高测量精度的宗旨:如果是应用在测量低温的系统中建议 Rm 选择较大 的电阻(10KΩ),如果在测量较高温的系统中建议 Rm 选择较小的电阻(1KΩ)
    等。
    1.4线性插值****
    在ADC 进行数据采集的过程中不可能每一个数值都在整温度所对应的 ADC 数值上,所以如果在两个数据的中间一段就要对其进行进一步的精确定位。这样就必须知道采集到的数据在数据表中的具体位置,因此要对数据表进行搜索、查找。线性表的查找(也称检索),可以有比较常见的顺序查 找、折半查找及分块查找等方法,分析线性数据表可以得到折半查找的算法是比较高效的。
    例如:如果 ADC 采样的数值为 Dadc = 360,即 357<Dadc<367,那幺温度值就绝对不是一个 整数值了,怎么来得到具体的温度值呢!可以运用简单可行的线性插值来对付类似的情况。 插值求得温度值实际就是用直线 L 拟和温度曲线 T,这样的做法虽然难免的有一定的误差,但是可以控制在允许的范围内的,线性插值原理如下图所示。
    已知点(X1,Y1)和点(X2,Y2)求(Xi,Yi)。 由两点可以得到直线L 的方程式:
    直线L 的方程式
    点(X1,Y1)和点(X2,Y2)为相邻两温度点,所以 X2-X1=1那么由式上式可得:方程式
    这样通过 ADC采样来的 Dadc(Y1)数值带入式X上式中,可以求得相应的温度值。 插值计算出来的数值肯定是小数,那幺需要对数值进行特殊的处理:基于定点计算的思想,把
    数据首先规格化,把小数点定在第六位即计算数值放大64倍参与计算,当然在计算后的温度数据也应该是真实数值的64倍,所以需要 X/64得到的数值为实际测量到的温度值。把小数点定的位数越 高表示的精度越高。
    这样的插值计算实际上是分段的, 用直线段来模拟温度曲线, 因此在处理的过程中分段越细致拟和的曲线就越接近实际温度曲线。
    二.软件部份 (本司不做详细说明)
    应用例程序部分主要针对 NTC热敏电阻测量温度的应用,其中最主要的是使用 ADC模块对信号的采集和处理,从而得到温度数值。
    三. 硬件原理图
    硬件原理图,如下图所示。显示部分电路原理图为示意图。热敏电阻硬件原理图
    音特电子研发组
    音特电子更多电路保护元器件解决方案与技术支持:www.yint.com.cn

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  • 思迈科华公司针对电偶温度传感器温度采集的方案 热电偶简介: 热电偶(thermocouple)是温度测量仪表中常用的测温元件,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的...

    思迈科华公司针对电偶温度传感器温度采集的方案

    热电偶简介:

    热电偶(thermocouple)是温度测量仪表中常用的测温元件,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同,但是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成,通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。
    热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势——热电动势,这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect)。两种不同成份的均质导体为热电极,温度较高的一端为工作端,温度较低的一端为自由端,自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的,不同的热电偶具有不同的分度表。
    热电偶的技术优势:热电偶测温范围宽,性能比拟稳定;丈量精度高,热电偶与被测对象直接接触,不受中间介质的影响;热响应时间快,热电偶对温度变化反响灵活;丈量范围大,热电偶从-40℃—+ 1600℃ 均可连续测温;热电偶性能牢靠,机械强度好。运用寿命长,装置便当。图1.1常用热电偶。
    在这里插入图片描述

                                          图1.1常用热电偶
    

    热电偶常见种类

    现在经常使用的热电偶都是标准热电偶,所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶。
    当工作中用到热电偶测温时,需要根据使用环境的温度范围,所需精度,使用气氛,测定对象的性能,相应时间和经济效益等综合考虑。具体型号需要和热电偶厂家沟通。
    温度变送器
    当使用热电偶进行温度采集时,思迈科华公司这里使用的是USB-3000系列的数据采集卡进行温度的采集(数据采集卡最通用最常见的接收信号就是电压信号)。由于热电偶测温时,其冷端温度受环境影响较大,会影响到测量的电信号,为了得到稳定的电信号,需要对热电偶进行了冷端补偿。热电偶的测温原理是基于热电效应转换,虽然它集放热,转换为一体,能直接实现温度到电压的输出,但输出幅度较小,如K型热电偶的灵敏度位0.04mv/℃,因此需要信号的放大。而温度变送器很好的能够解决上述两点问题。如图1.2温度变送器。
    在这里插入图片描述

                                            图1.2温度变送器
    

    数据采集卡与温度变送器连线

    这里主要说明能够输出标准电压的温度变送器与数据采集卡的连线问题。在这里采用的温度变送器有5个端子,分别是给温度变送器供电的电源正,电源负(电源地),热电偶正极,热电偶负极,还有输出端子(标准电压的输出的接口)。需要为温度传感器选择一个合适的电源(具体需要根据温度变送器的手册来选择),然后按照图1.3进行连线。下图使用的是温度变送器输出电压形式给出的接线图,可以适配通用数据采集卡。如果使用的温度变送器是输出4—20ma电流,接线就需要参考思迈科华官网知识库里采集卡采集电流数据专题,链接:http://www.smacq.cn/knowledge/typical/current.html。
    在这里插入图片描述

                                      图1.3 数据采集卡与温度变送器连线
    

    这里对于数据采集卡与温度变送器连线有以下说明,通常给温度变送器供电,会忽略温度变送器供电电源是否与数据采集卡共地。如果不共地,那么温度变送器相对采集卡就是浮空源,所以需要按照图1.3来进行连线,将AI Sense与AGND进行短接。如果能够确定采集卡与温度变送器共地,就可以不必对AI Sense与AGND进行短接,电源负直接就可以与AI Sense连接就可以。关于浮空源与接地源具体接线的方法需要参考USB-3000系列手册。

    数据采集卡软件操作

    首先在使用温度变送器之前,需要了解所使用温度变送器的一些重要参数,要了解选用的温度变送器是否符合热电偶型号,温度变送器的电源供电电压,温度取值范围,输出电压是多少。在这里,思迈科华公司实际做测验的时候,选用的是供电电压为24V,温度取值范围是-50℃—400℃,输出电压0V—10V的温度变送器。
    在外部设备接线正确的情况下,进入思迈科华公司的Smacq DAQ Software设置界面,设置软件采用的单端模式,选取的是AI 0通道进行数据采集。量程选用的是±10.24V,采样率选用的是10Sa/s/ch(在实际采集中可以依据实际情况和采集卡已有的采样率来设定),然后设定温度变送器的量程与输出电压,所以说温度变送器的一些重要参数需要根据产品手册来了解,图1.4温度变送器参数。
    在这里插入图片描述

                                           图1.4温度变送器参数
    

    如果想要实现采集卡采集的电压信号转换成温度,这里勾选单位变换。如图1.5采集卡采集的电压曲线,如图1.6采集卡经过单位变换采集的温度曲线。
    在这里插入图片描述

                                             图 1.5电压曲线
    

    在这里插入图片描述

                                             图1.6温度曲线
    

    这样就可以得到采集卡所采集到的电压曲线和温度曲线,然后也可以利用思迈科华提供的软件功能对采集到的数据进行导出,得到采集的电压与温度生成的Excel表格形式的数据。关于数据采集卡软件操作请参考 《Smacq DAQ Software 快速使用指南》。

    远程IO模块对热电偶进行数据采集

    上述方案是思迈科华公司关于数据采集卡USB-3000系列制定的热电偶温度采集,当然还有另一套热电偶对温度进行数据采集的方案,它是思迈科华公司推出的M2100系列的M2101远程IO模块.M2100系列温度采集远程IO模块是一组基于Modbus RTU标准协议的计算机接口模块。它有8种热电偶类型支持,8个热电偶采集通道,数据接口是RS-485(2线),具体信息参考思迈科华公司官网的产品手册。由于现在的PC机已经很少有485接口,思迈科华公司提供了SDS1000串口转换器,它使用USB标准协议,可以支持RS-232和RS-485的转换。

    远程IO模块M2101与热电偶的连线图

    首先使用的是SDS1000串口转换器和M2101远程IO模块,还有一个供电电源设备,M2101供电电压是9V—30V,。如图1.7IO模块与热电偶连接示意图。

    在这里插入图片描述

                                      图1.7 IO模块与热电偶连接示意图
    

    以上连线就是思迈科华公司对热电偶温度采集,给出的远程IO模块搭建的温度采集系统的连线示意图。(需要注意的是接线时不要将485接口线接反,而且注意热电偶分正负极。)接线正确后,就可以操作思迈科华公司提供的软件进行温度采集。

    远程IO模块M2101的软件操作

    首先根据远程IO模块的型号参考产品手册下载远程IO 模块对应的软件M Console,在能识别串口和通讯的基础上,要设置跟远程IO模块产品型号相关的参数,具体设置可以参考IO模块的产品手册。以下示意图是思迈科华公司在测试产品时的软件设置及热电偶温度采集的样例。
    在这里插入图片描述

                                          图1.8 基本参数设置
    

    这些都是需要设置的,在设置完这些基本参数后,需要点击功能配置键Function Config 来选取采样率,以及对应的热电偶型号,点击RUN就可以进行温度采集了。就可以看到实时采集到的温度,如图1.9温度采集界面。
    在这里插入图片描述

                                          图1.9 温度采集界面
    

    也可以点击主页面的数据记录表Data logger,选择要记录温度的通道进行数据采集,然后设置文件生成的地址,就可以实时显示采集到的温度的数据,而且采集的温度数据可以生成.CSV格式的表格,方便用户进行数据分析。如图2.0数据波形。
    在这里插入图片描述

                                          图2.0 数据波形
    

    以上就是思迈科华公司针对热电偶温度传感器对温度采集给出的两种方案,客户可以根据自身实际情况以及实际所需功能来自行选择据采集卡或M2101远程IO模块。

    有更多关于数据采集方面的问题与想法可以关注思迈科华公司官网和公众号
    http://www.smacq.cn/daq.html
    在这里插入图片描述

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  • 目录 背景介绍 之前在找实习面试的过程中,多次被问到有无参与过开源项目,之后虽说渐渐有开源的想法,但还没有实现过。(一般大神级别的项目太复杂,... 结合之前做的一个温湿度采集项目,最近也刚好有一个...

    目录

     

     背景介绍

           之前在找实习面试的过程中,多次被问到有无参与过开源项目,之后虽说渐渐有开源的想法,但还没有实现过。(一般大神级别的项目太复杂,对于我等萌新来说只能仰视~),大部分时间在闷头学技术,现在也来尝试一下把项目开源。这样既有了开源项目的经验(找工作有用),也提供了设计方案和相关资料,帮助更多的人。
           结合之前做的一个温湿度采集项目,最近也刚好有一个电子比赛,就拿这个赛题练手,做一个温度采集系统。那就本着学习的态度,介绍一下这个项目吧。

    项目名称:温度采集系统
    责任描述:主要负责软件设计,完成硬件到云平台,再到app端设计的全过程

     

    需要资料的(开源原理图、PCB图、源代码、设计方案),请移步
    码云:https://gitee.com/hinzer/temp_hum_system

     

     

    项目功能介绍

    1. 单节点温度采集:硬件层使用NodeMCU一路ADC采集温度传感器
    2. 连接阿里云平台:通过wifi连接阿里云平台,将数据上报到阿里云后台
    3. app端界面:进行可视化界面设计,完成温度数据的动态曲线显示


    项目制作过程

    1.硬件设计部分

        有实验室强哥帮忙设计原理图和PCB图,然后交给工厂打样PCB板,最后还是由强哥帮忙焊接。这里再次感谢强哥,真牛B。

    原理图和PCB,电路结构比较简单。NodeMCU通过一路ADC(对应TOUT接口)采集传感器数据

     

     

    20RMB做了10块板子。

     

     

    2.软件设计部分

    底层开发使用乐鑫开发环境,完成到云平台的过程。前端使用阿里云的移动可视化设计,也很简单。

    <1>先使用开发板进行程序调试,再用PCB板子进行烧写程序

     

    <2>app端显示

     

     

    3.最终作品展示

    这是上一轮比赛,用了柔性材料 + 液态金属做的一个贴片,采用的是蓝牙通信的方案(这样功耗更低,电池能做的更小些)。看上去十分美观

     


    相关技术点

    • 交叉编译环境、Linux、adc采集(程序处理算法)、wifi入网、阿里云SDK、MQTT、app设计

     

     

    总结

    1.官方文档很重要,想法实践之前一定要多看几遍官方给的参考文档,注意有没有之前没有注意到的细节。第一次电路设计就是因为没留意文档一个细节(我误把8266选择下载模式的引脚IO5给接地了),导致程序无法正常运行

    2.遇到问题,一定要多思考,自己解决不了也要多个渠道去寻找解决方法(官方文档、CSDN、谷歌、讨论群等等),其实官方文档真的可以解决常见的软硬件问题,还有就是多交流。

     

     

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    esp8266+SDK开发 json格式数据创建&解析:https://blog.csdn.net/feit2417/article/details/86664182
     

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  • Rt = R(25℃)*EXP[B*(1/T - 1/(T+25))]说明:1、Rt 是热敏电阻在T1温度下的阻值;2、R是热敏电阻在T2常温下的标称阻值;3、B值是热敏电阻的重要参数;4、EXP是e的n次方;5、这里T1和T2指的是K度即开尔文温度,K度=...
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  • 常见错误 DAQmx Error: -200284 尚未获取部分或全部请求的样本。 要等待样本可用,请使用更长的读取超时时间或稍后在程序中读取。 要使样本更快可用,请提高采样率。 如果您的任务使用启动触发器,请确保您的启动...
  • 基于STM8的数字温度计设计

    千次阅读 2021-12-27 10:27:42
    基于STM8的数字温度计设计 这是在2021年12月初完成的一次课程设计,全程自己设计组装完成,现作为记录存档发布,大家也可以借鉴本文来完成自己的课程设计。(建议使用电脑阅读) 课程设计目录基于STM8的数字温度计...
  • 监控网络连接情况:监控系统中处于各个状态的连接数量,比如SYN SENT、FIN WAIT 等, 利用这些数据可以及时发现请求的健康状态,常见的如出现大量的FIN WAIT、CLOST WAIT等状态的连接,说明出现了很多慢请求或连接有...
  • 电子科技大学 英才实验 学院实 验 报 告实验名称 现代电子技术综合实验姓名:汪晓华学号: 2702108015评分:教师签字电子科技大学教务处制温度采集控制的设计与实现电 子 科 技 大 学实 ...
  • 一、温度传感器分类与选择温度是生活中常见的物理量,它与我们的生活实时相关,人类对温度研究一直在继续,经过多年发展已经有很多成熟的温度传感器在各个领域的得到了很好应用,下面介绍下温度传感器的分类和设计中...
  • 按你描述,应该仪表那侧将温度数据整数化后存在了寄存器中。那就一个一个除吧。这种处理方式很常见的。本回答有3位钻石用户推荐回答者: 大宝朱林森 - 高级顾问&nbsp&nbsp第14级 2020-04-02 15:37:08会不会...
  • 一、全站仪设置:1、 棱镜常数设置:-302、 温度、气压设置:按现场当时天气实际设置3、 测量次数:F4 ON键F4 ON键----F2模式设置----F2精测/跟踪----F1精测----F4(翻下一页)----F2:N次测量/复测----F1:N一次(回车...
  • DS18B20温度传感器闪烁中断问题测试

    千次阅读 多人点赞 2021-04-10 12:07:28
    DS18B20温度传感器闪烁中断问题测试0.0测试背景0.1测试环境0.2观察方法实验1、不关闭中断实验1.1温度读取函数放在死循环中轮询执行实验1.2控制温度读取函数执行频率400ms实验2、关闭中断实验2.1温度读取函数放在死...
  • 用MSP430F249采集热电偶温度 本文阐述关于实现热电偶TCB温度测量的相关内容。
  • 此博客为个人博客,不涉及商业用途,仅提供学习参考,内容均来自个人原创以及互联网转载和摘录。 此博客上带有原创标识的...脑电采集理论基础1 大脑信号的采集方式1.1侵入式技术1.2非侵入式技术2 脑电信号的分类与特点3
  • 电芯温度采样——NTC选型浅析

    千次阅读 2020-10-12 10:46:40
    电芯温度采样——NTC选型浅析 2019-05-05 16:06 新能源BMS 关注 发文 电芯的温度采样电路,大家做的都差不多,通过ADC测量外置的NTC电阻,将电阻值换算成温度值,这样就获得一个接近电芯真实温度的模拟量...
  • NTC热敏电阻温度计算方法,Steinhart-Hart方程和B值法

    万次阅读 多人点赞 2019-01-24 18:57:05
    NTC热敏电阻随环境温度(T)升高,电阻值(R)会下降,反之,当温度(T)下降,电阻值(R)会上升。其对温度感应非常灵敏,NTC热敏电阻电路相对简单,价格低廉,组件精确,可以轻松获取项目的温度数据,因此广泛应用于各种...
  • 《电池管理系统BMS的常见测试方法》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电池管理系统BMS的常见测试方法(2页珍藏版)》请在人人文库网上搜索。1、电池管理系统BMS的常见测试方法一、BMS是什么?BMS全称BATTERY ...
  • 服务器查看温度命令

    2021-08-12 02:57:46
    服务器查看温度命令 内容精选换一换设备实时状态查询是检测设备在运行过程中的状态信息。用户可任选以下指令之一查看设备实时状态查询命令的可用参数。ascend-dmi -i -hascend-dmi -i --help各参数解释如表1所示。以...

空空如也

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