便携式高精度测温仪表系统的技术研究

论文摘要

便携式测温表具有便于携带、使用方便、价格低廉等特点,能够随时完成现场出现的温度测量需求,应用非常广泛,不过,低分辩力和低准确度的缺点,使其不能满足环境检测、地质勘探、生物医药、精密制造等诸多领域对于温度测量越来越高的技术要求。因此,提高便携式测温表的分辩力、准确度等性能指标,成为现在测温仪表的发展方向之一。针对便携式精确测温的技术要求,通过对现有测温技术的深入探讨和改进,研制了一款高精度便携式测温表系统JM6200I,实现-50℃～400℃的宽范围内的浸入式测量,分辩力为0.01℃,准确度为0.05%读数±0.05℃,具备USB通信、低功耗等辅助功能,可以满足绝大部分客户对于此类产品的需求,并且可以部分替代昂贵的台式仪表。研制工作从硬件电路和软件编制两个方面进行。硬件方面,以超低功耗单片机为核心,组建了可实现温度测量、液晶显示、电源控制、数据存储和USB通讯等主要功能的硬件电路。特别设计了基于1.5V电池的单键开关电源电路,实现了可自动切换双电源;设计了低温漂的动态测量电路,实现了使用普通元器件提高系统的环境温度适应性,同时提高A/D转换器的实际使用位数,节省器件成本。软件方面,完成了基于硬件电路的嵌入式测量与控制软件,如数据采集、处理、存储、通信、定时与时钟、电源控制等。其中重点设计了新型线性校正程序,使仪表仅标定两点就可达到所需精度,简化了标定过程;同时增加了智能节电程序,降低了系统功耗。经过测试和客户使用表明,所设计的便携式高精度测温仪表的各项指标达到了设计要求;因为改进了测量电路和线性校正程序,简化了硬件结构,降低了生产及调试成本,所以产品价格适中,使用方便,有利于推广应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外测温技术发展现状
• 1.1.1 常用温度测量仪表
• 1.1.2 国内外测温领域新技术的应用和发展趋势
• 1.1.3 国外便携式高精度测温仪表产品举例及技术参数分析
• 1.2 课题背景和主要研究内容
• 第二章 便携式高精度测温仪表的功能定位和系统组成
• 2.1 便携式高精度测温仪表的功能定位
• 2.2 铂电阻传感器的测温原理与分类
• 2.2.1 铂电阻的测温原理
• 2.2.2 铂电阻传感器的分类
• 2.3 便携式高精度测温表的系统组成
• 2.3.1 传感器的选择及工艺结构
• 2.3.2 测试表的系统功能
• 第三章 系统硬件电路
• 3.1 硬件电路组织结构
• 3.2 单片机与动态测量电路的设计和器件选择
• 3.2.1 单片机的选择与使用
• 3.2.2 Σ-Δ型16 位内置A/D 转换器SD16 的应用
• 3.2.3 动态测量电路的设计原理
• 3.3 USB 通讯电路
• 3.3.1 USB 接口简介
• 3.3.2 USB2.0
• 3.3.3 USB 接口电路设计
• 3.4 外部时钟电路与外接存储电路
• 3.5 可以自动切换的单键开关电源电路设计
• 3.5.1 电池的选择
• 3.5.2 升压芯片的选择
• 3.5.3 低纹波的低压差稳压器电路（LDO）
• 3.5.4 电源电路设计原理图
• 3.6 硬件抗干扰措施
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 基于MSP430F425 的软件开发环境
• 4.2 软件结构与功能
• 4.3 温度数据处理和显示程序
• 4.3.1 程序流程图
• 4.3.2 软件抗干扰程序
• 4.3.3 线性校正程序
• 4.4 USB 通讯程序
• 4.5 数据存储与时钟
• 4.6 标定程序
• 4.7 软件的低功耗控制与智能节电程序
• 第五章 系统的标定、测试与误差分析
• 5.1 系统标定
• 5.1.1 系统标定所需设备和仪器
• 5.1.2 系统标定的方式
• 5.2 系统主要技术参数测试
• 5.3 误差分析
• 5.3.1 系统误差的定义与分类
• 5.3.2 系统误差来源和改进
• 第六章 全文总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢