智能型温度测量电路设计

论文总字数：18772字

目 录

1 引言 5

1.1 温度传感器的发展及研究意义 5

1.2 温度传感器的发展前景 5

1.3 气象行业中温度测量的发展历史 6

2 温度传感器的介绍与分析 8

2.1简介两种温度传感器 8

2.11铂电阻温度传感器 8

2.12半导体温度传感器 9

2.2两种不同温度传感器电路分析 10

2.21 铂电阻温度传感器电路分析 11

2.22半导体温度传感器电路分析 12

2.3 外接电路分析 12

2.31 自检电路分析 12

2.32 NB软件的介绍与分析 14

3 智能型温度传感器电路设计与分析 16

3.1 电路测量原理与在总体设计 17

3.2 器件选型与配套软件 17

3.3 电路设计 21

4 问题与总结 21

4.1 设计过程中遇到的问题 21

4.2 设计结论 22

4.3 设计讨论 22

参考文献 23

致谢 24

智能型温度测量电路设计

袁锋

；China

Abstract: With the advancement of science and technology, our country has made great progress in the meteorological business. This has led to a higher demand for meteorological data of scientific research personnel. Among them, temperature, as the most direct and most extensive meteorological data, makes the performance and adaptability of the temperature measuring sensor urgently need to be improved. This paper designs the circuit of the platinum resistance temperature sensor and the semiconductor temperature sensor, and adds a self-check circuit to the original temperature sensor so that we can obtain the operating status of the circuit more directly; at the same time, upload the obtained temperature data. Different and traditional data upload methods, this article borrows the latest narrow-band Internet of things technology to obtain more efficient, less power consumption data transmission.

Keywords: platinum resistance temperature sensor; self-test; data upload; circuit design; semiconductor temperature sensor

1 引言

• 1. 温度传感器的发展及研究意义

在大自然中，有许多的物理现象和化学现象与温度有着密不可分的关系，小到穿衣吃饭，大到飞船升天，温度从方方面面影响着我们的生活。而我们对温度的测量和研究也给我们的生活带来了巨大的便利，出门前看一下手机的天气预报已成为大众生活的一种习惯。同时，温度测量的发展也推进了我国工业化进程的发展，这或许看起来有点匪夷所思，但事实就是温度测量的准确性给工业冶金带来了巨大的提升。不仅如此，温度测量在石油冶金工业也有着巨大的影响。在提高人们生活水平方面,比如夏天有空调冬天有暖气,省时又便利的微波炉等等都为人们生活品质的提高带来了巨大的影响。所以不论是对于人们的生活还是工业的发展而言，对于温度的研究都有着十分重大的意义。所以，对于智能型温度传感器的研究迫在眉睫。

对于温度的测量不仅对人们的生产生活以及工业上产生影响,同时也在节约能源、生产安全方面有着重大作用。在一些有着高度危险性的行业中或者气象行业的测量中，如果每一个地方每一个点都要人力去管理,那么将浪费大量的财力和物力，同时也没法保证数据的准确性。如果对智能型温度传感器有了更深入的研究,使其更加智能化,那么其观测数据准确性将更高。因此智能温度传感器对于生产安全等各个方面都有关键性作用,智能温度传感器的研究发展也将在节约人力物力、生产安全上起到良好的作用。因此对于更加智能化的温度传感器的研究应当更加的迫切。

随着气象事业的磅礴发展和人们对于大气的深入研究，我国对于大气的认识及对其变化规律的认知，使得温度成为气象学研究大气中的热量传输的重要物理参数，同时也成为天气预报的重要依据。与此同时，气象科学理论的发展也对温度测量提出了新的需求，并对温度测量的发展有了具体的指导，进而推动整个气象观测技术水平的提高。

随着科学技术的发展以及国家对气象事业的支持，我国测量温度的方法不断地增加。上百年的科技发展，智能型温度计也在不断的变化着,由最初的20世纪90年代使用8位A/D转换器的测量温度范围十分狭隘的智能型温度计到现在21世纪研发出的精确度高且功能强大的智能型温度计^[1],期间经历的各种变化都象征着时代的进步，而在温度测量水平提升的道路上，铂电阻温度传感器作为我国铺设自动气象站中测量温度的重要观测手段，提高其自动化水平、加强测量准确性成为传感器提高的主要方向。本课题也将着重研究如何使得铂电阻温度传感器以及半导体温度传感器可以检测自身工作电压和电流和如何自主上传获得的温度数据，从而减少测量温度所需要的人力以及获得更为有效的温度数据。

• 1. 温度传感器的发展前景

截止到现在，温度传感器是世界上使用最广，研究课题最多和种类最全的传感器，其使用范围稳居传感器排行榜第一。由于温度的各个行业的重要性，世界范围内对于温度的研究从未停止，而温度计的发展也从模拟化向着数字化、集成化、网络化和智能化发展。目前，世界大部分气象科研人员将温度传感器分为：一种是接触式的温度传感器，一种是非接触式的温度传感器。顾名思义，接触式温度传感器主要测量方式是其传感器与被测物体接触，此类温度传感器测量准确度比较高，但受被测物体状态的影响。另一类则主要是测量辐射热交换，对于变化速率快，热容量小的的对象有着更好的测量，也可测得温度场分布。但此类温度计受环境影响比较大。

近年来，由于科技的进步和工业化进程的加快，人们对于温度传感器的研究有了更高的要求，不仅是自动化水平的提高以及精度的提高，同时也有着对温度传感器本身状态的检测和物联网概念中的数据传输。这些都使得各国对于温度传感器的研究不断的加深，人们对于温度传感器的研究更加深入，单片机的研究也日趋完善，更加智能的温度传感器不再只存在于设想之中。相信不久的将来，我国的温度测量手段将追上欧美甚至超过他们，当然这也要求我国的科研人员不断的创新和努力。

• 1. 气象行业中温度测量的发展历史

在十九世纪，分类，量化和分类已成为许多科学的一个重要方面，特别是生命科学和地质学，因此将类似方法扩展到气象学是很自然的。 cloud的分类是一个早期的方面，编制降雨数据也有助于进一步发展环境描述的量化基础。继1890年气象学会成立之后，气象学领域的重大发展一直持续到1850年，并于1854年在Fitzroy.vii海军上将领导下成立了早期气象局。英国协会促进科学与GJ召集了一个降雨委员会西蒙斯当秘书。^[2]

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