感溫元件測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)制作畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義1</p><p>

2、　　1.2 感溫元件測(cè)量在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用及意義1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況2</p><p>　　1.3.1 溫度傳感器及感溫元件發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 數(shù)據(jù)采集及傳感器測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀2</p><p>　　2 方案的論證及設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 方案

3、的論證4</p><p>　　2.2 方案的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3 感溫元件測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1 測(cè)試臺(tái)總體設(shè)計(jì)要求9</p><p>　　3.2 測(cè)試臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案9</p><p>　　3.3 測(cè)試臺(tái)硬件電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3.

4、1 STM32F101C4的主板設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3.2 集成運(yùn)放AD620的電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3.3 采樣電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.3.4 宇電AI-519型PID連接電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.3.5 AIBUS通訊協(xié)議說(shuō)明（V7.0）21</p><

5、p>　　3.4 測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.5 測(cè)試臺(tái)操作步驟26</p><p>　　4 結(jié) 束 語(yǔ)29</p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　

6、　摘要</b></p><p>　　在鐵路運(yùn)輸中，油箱溫度是影響運(yùn)輸安全的一個(gè)重要因素，鐵路系統(tǒng)常采用溫度傳感器對(duì)油箱缸蓋溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。傳感器由于長(zhǎng)期使用,在使用中都會(huì)存在時(shí)漂、溫漂或者某些參數(shù)發(fā)生變化的現(xiàn)象，這將導(dǎo)致傳感器靈敏度、零位發(fā)生較顯著的變化。為保證傳感器滿足測(cè)量精度，本方案設(shè)計(jì)感溫元件測(cè)試臺(tái)測(cè)定傳感器的性能參數(shù)及能否正常工作。</p><p>　　本設(shè)計(jì)首先通過(guò)

7、PID智能儀表加熱封閉腔體、測(cè)定腔體實(shí)際溫度，并實(shí)時(shí)反饋給上位機(jī)電腦，然后以STM32F101C8單片機(jī)系統(tǒng)為核心的采樣電路、測(cè)量電路獲取溫度傳感器電阻隨腔體溫度變化的趨勢(shì)，由單片機(jī)處理后將信息也反饋給上位機(jī)電腦。上位機(jī)同時(shí)顯示PID所測(cè)腔體實(shí)際溫度和溫度傳感器電阻變化趨勢(shì)，通過(guò)與給定的標(biāo)準(zhǔn)傳感器電阻變化曲線對(duì)比可以確定該傳感器的性能。</p><p>　　本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試使用方便、性價(jià)

8、比高，可以單獨(dú)使用，也可以和上位機(jī)電腦連接，因此具有一定的應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：油箱缸蓋溫度 溫度傳感器 測(cè)量電路 性能標(biāo)定</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The temperature of the tank in the train is an important

9、factor in the safety of rail transport, the railway system often adopt temperature sensor to monitor the temperature of the tank. But because of the deterioration of the device temperature sensor will reduce performance

10、in long term. So this scheme is a temperature sensor instrument who can monitor the aging degree of the sensor .</p><p>　　The core of the design is STM32F101C8 MCU, the instrument will heat the temperature o

11、f the body cavity and feedback the information to the computer, sampling circuit will get the changes of the resistance in other way, the computer display both the temperature of the body cavity and the changes of the re

12、sistance, so we can monitor the aging degree of the sensor . </p><p>　　The most important features of the scheme is Measure\ Accurately \Simple \Convenience and Cheap. It can be used in Separate or be connec

13、tion with a computer, so it will be useful in the future.</p><p>　　KEY WORDS: Tank cylinder temperature Temperature sensor Test circuit </p><p>　　Performance calibration</p><p&

14、gt;<b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義</p><p>　　鐵路作為關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的樞紐，其運(yùn)輸安全不僅影響著企業(yè)本身的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，也對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成重大影響，運(yùn)輸安全是生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行秩序正常，運(yùn)輸設(shè)備完好無(wú)損的綜合表現(xiàn)。其中動(dòng)力系統(tǒng)中油箱溫度是制約運(yùn)轉(zhuǎn)性能的一項(xiàng)重要因素，過(guò)高的油箱溫度不僅降低運(yùn)轉(zhuǎn)效率同時(shí)對(duì)油箱造成

15、一定的損害。為了準(zhǔn)確測(cè)量并控制油箱實(shí)時(shí)溫度，常用缸蓋溫度傳感器作為測(cè)量?jī)x器，鐵路部門(mén)制定了相應(yīng)的鐵路非標(biāo)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)以確保鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?lt;/p><p>　　本課題以此為依托，設(shè)計(jì)傳感器測(cè)試臺(tái)對(duì)德國(guó)KHD公司產(chǎn)VDO系列氣缸缸蓋溫度傳感器進(jìn)行精度測(cè)量。</p><p>　　1.2 感溫元件測(cè)量在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用及意義</p><p>　　隨著信息化技術(shù)在生活中各個(gè)領(lǐng)域

16、的普及，傳感器作為獲取信息的媒介得到了顯著的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，對(duì)其要求越來(lái)越高，需求越來(lái)越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。</p><p>　　由于傳感器能將各種物理量、化學(xué)量和生物量等信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，使得人們可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、信息處理和自動(dòng)控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線性等影響因素。傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。&

17、lt;/p><p>　　其中溫度測(cè)量在保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，安全生產(chǎn)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展等諸多方面起到了至關(guān)重要的作用，有資料表明，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中位居首位，由于許多物質(zhì)的特征參數(shù)和溫度有密切關(guān)系，因而溫度測(cè)量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代科學(xué)研究及高新技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中已經(jīng)起到了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。</p><p>　　為了能夠與不斷激增的信息量和要求捕獲處理信息能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)

18、展趨勢(shì)保持一致，對(duì)于傳感器性能指標(biāo)（包括精確性、可靠性、靈敏性等）的要求越來(lái)越嚴(yán)格。因此我們要設(shè)計(jì)一種廉價(jià)、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫度傳感器測(cè)試系統(tǒng)。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)溫度控制需求越加迫切，要求溫度傳感器向微型化和集成化方向發(fā)展，同時(shí)要求傳感器性能穩(wěn)定。對(duì)環(huán)境溫度的控制將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的成敗問(wèn)題。如發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率與油箱溫度有直接關(guān)系，溫度要進(jìn)行控制，食品貯藏室內(nèi)的溫度直接影響食品

19、的貯藏質(zhì)量，因此，隨著工農(nóng)業(yè)，國(guó)防、科技及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對(duì)環(huán)境溫度的控制和檢測(cè)越來(lái)越受到人們的重視，市場(chǎng)也越來(lái)越大。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況</p><p>　　1.3.1 溫度傳感器及感溫元件發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　傳感器屬于多學(xué)科交叉、技術(shù)密集的高技術(shù)產(chǎn)品，其技術(shù)水平?jīng)Q定于科學(xué)研究的水平，而我國(guó)在傳感器研究方面起步較晚

20、，科研投資強(qiáng)度偏低，加之科研設(shè)備落后，所以影響了傳感器科研成果的轉(zhuǎn)化，造成了我國(guó)傳感器產(chǎn)品綜合實(shí)力較低。</p><p>　　經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展尤其是20世紀(jì)80年代模擬集成溫度傳感器的問(wèn)世，溫度傳感器技術(shù)正從模擬式向數(shù)字式、集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。歷經(jīng)模擬集成溫度傳感器、模擬集成溫度控制器、智能溫度傳感器三個(gè)階段的發(fā)展過(guò)渡，進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性

21、、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。</p><p>　　新型智能溫度傳感器在提高測(cè)溫精度和分辨力，增加測(cè)試功能，總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化，可靠性及安全性設(shè)計(jì)等方面都有顯著提高。此外近年來(lái)基于傳感器硬件和計(jì)算機(jī)平臺(tái)、并通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)而成的包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的新一代虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器技術(shù)研發(fā)能力不斷提高，極大的促進(jìn)了傳感器向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。</p&

22、gt;<p>　　1.3.2 數(shù)據(jù)采集及傳感器測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支， 它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存貯、處理以及控制等作業(yè)。在智能儀器、信號(hào)處理以及工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域，都存在著數(shù)據(jù)的測(cè)量與控制問(wèn)題。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù):采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)，根據(jù)不同的需要由計(jì)算機(jī)

23、進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過(guò)程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來(lái)控制某些物理量。</p><p>　　隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，社會(huì)的數(shù)字化程度越來(lái)越高，數(shù)據(jù)采集也隨之越來(lái)越重要。數(shù)據(jù)采集技術(shù)在許多場(chǎng)合，如航天、航空、通信、交通、郵電等都得到了大量的應(yīng)用。傳感器輸入信號(hào)可以是模擬信號(hào)( 如溫度、壓力、電阻、電壓、電流、應(yīng)

24、變等) ;也可以是數(shù)字信號(hào)( 如開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、事件捕獲、測(cè)頻計(jì)數(shù)等) ，測(cè)量結(jié)果經(jīng)模塊內(nèi)部A / D轉(zhuǎn)換后用R S - 4 8 5 通訊方式經(jīng)屏蔽雙絞線送至主計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集，用戶可根據(jù)需要采用相應(yīng)的軟件對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理。</p><p>　　2 方案的論證及設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1 方案的論證</b></p><p>　　

25、溫度傳感器在鐵路動(dòng)力系統(tǒng)油箱溫度測(cè)定上的使用己達(dá)到一定的規(guī)模，但要提高大批量傳感器的使用效率，一個(gè)關(guān)鍵的限制因素是:產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用之后，由于內(nèi)部電路元器件老化、使用環(huán)境的變化、時(shí)漂、溫漂或者某些參數(shù)發(fā)生的變化和部分結(jié)構(gòu)的故障等因素導(dǎo)致傳感器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)下降，這些指標(biāo)決定該傳感器的性能及可用性，更直接影響著鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩丸F路設(shè)施的維護(hù)，因此必須要用相關(guān)測(cè)試儀器對(duì)傳感器做定期的技術(shù)指標(biāo)測(cè)試。</p><p>　　該

26、設(shè)計(jì)方案所測(cè)目標(biāo)傳感器為德國(guó)KHD公司產(chǎn)VDO系列氣缸缸蓋溫度傳感器，該傳感器為一阻值隨溫度增大而減小的可變電阻，在工作條件下阻值變化從58.109K歐（-40℃）到10歐（250℃）。設(shè)計(jì)要求為測(cè)試氣缸缸蓋溫度傳感器在50℃到200℃左右的阻值變化，并與廠商所給資料對(duì)比判斷溫度傳感器的好壞。</p><p>　　本設(shè)計(jì)方案用于測(cè)量鐵路系統(tǒng)客運(yùn)專線油箱氣缸缸蓋溫度，傳感器尺寸如圖2.1.1</p>

27、<p><b>　　圖2.1.1</b></p><p>　　VDO系列溫度傳感器阻值隨溫度變化浮動(dòng)指標(biāo)如圖2.2.2</p><p><b>　　圖2.2.2</b></p><p>　　由圖及參數(shù)可知被測(cè)傳感器為一負(fù)溫度系數(shù)電阻。溫度范圍-40度到+250度，測(cè)量精度+/-5度，電阻變化范圍58k歐到10歐，

28、傳感器非線性。要測(cè)試傳感器有兩個(gè)參數(shù)需要考慮，一個(gè)是反應(yīng)時(shí)間，另外就是準(zhǔn)確度。基于這些考慮給出如下設(shè)計(jì)思路如圖2.2.3</p><p><b>　　圖2.2.3</b></p><p><b>　　系統(tǒng)有3部分構(gòu)成：</b></p><p>　?。?）PC可控的標(biāo)準(zhǔn)溫度產(chǎn)生裝置，要求精度（不用太高）+/-1度即可，因?yàn)楸?/p>

29、測(cè)傳感器的精度為+/-5度；</p><p>　　（2）數(shù)據(jù)采集部分，可以稱作數(shù)據(jù)測(cè)量部分，需包含數(shù)據(jù)采樣、轉(zhuǎn)換和處理等功能電路，在這里最大要得到16k歐電阻變化量，最小0.7歐的電阻變化量，并做相應(yīng)量的轉(zhuǎn)化；</p><p>　?。?）PC控制單元（數(shù)據(jù)記錄，存儲(chǔ)，顯示，打印，設(shè)備主控），本方案保證上位機(jī)具有控制、顯示和對(duì)比功能即可；</p><p>　　但目前對(duì)

30、這些質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法及手段存在以下幾個(gè)問(wèn)題:</p><p>　?。?）被測(cè)傳感器變化量范圍大，溫度范圍-40度到+250度，測(cè)量精度+/-5度，電阻變化范圍68k歐到10歐；</p><p>　?。?）傳感器連接方式存在問(wèn)題；</p><p>　?。?）溫度對(duì)接點(diǎn)電阻，接點(diǎn)電壓的影響可能湮沒(méi)傳感器信號(hào)變化；</p><p><b

31、>　　測(cè)試方案設(shè)想：</b></p><p>　　最好的方式是根據(jù)傳感器使用環(huán)境及其顯示儀表來(lái)設(shè)計(jì)。因此需要提供此溫度傳感器的顯示儀表，設(shè)計(jì)方案如下：</p><p>　?。?）PC機(jī) + 數(shù)控恒溫油槽 + 高精度數(shù)字電壓表；</p><p>　?。?）PC機(jī) + 恒溫控制系統(tǒng) + 可自動(dòng)切換量程的數(shù)據(jù)單元（自行設(shè)計(jì)，因其變化范圍較大，可選擇合適的

32、標(biāo)準(zhǔn)電阻來(lái)區(qū)分不同的溫度量程，需詳細(xì)計(jì)算后得出）；</p><p>　　由此可知與我們想像中傳統(tǒng)測(cè)量方法有些出入，只能采用B方案。需要提供此溫度傳感器的顯示儀表及其實(shí)際工作環(huán)境中的連接方式等。</p><p><b>　　2.2 方案的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　目前國(guó)內(nèi)對(duì)溫度傳感器和溫度測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整、校準(zhǔn)和測(cè)試大部分均使用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱

33、作電阻信號(hào)源，用電子電位差計(jì)提供毫伏信號(hào)或用其它標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。由于使用多儀器進(jìn)行校驗(yàn)致使校驗(yàn)工作的精度和可靠性受到影響，尤其在工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行校驗(yàn)更是有許多不便之處。綜合上述設(shè)計(jì)目的考慮，本方案設(shè)計(jì)溫度傳感器測(cè)試臺(tái)測(cè)定目標(biāo)傳感器的老化程度。</p><p>　　已知被測(cè)傳感器為德國(guó)KHD公司產(chǎn)VDO系列氣缸缸蓋溫度傳感器，由相關(guān)參數(shù)可知該傳感器為負(fù)溫度系數(shù)電阻。溫度范圍-40度到+250度，測(cè)量精度+/-5度，電阻變化

34、范圍68k歐到10歐，傳感器非線性。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)上述測(cè)試要求，試驗(yàn)臺(tái)所必須具備的單元模塊包括：加溫單元、下位機(jī)測(cè)量單元、上位機(jī)。加熱單元要能夠?qū)Ρ粶y(cè)傳感器進(jìn)行加熱，模擬其實(shí)際工作環(huán)境。上位機(jī)控制下位機(jī)測(cè)量單元進(jìn)行電信號(hào)測(cè)量，并在上位機(jī)上顯示測(cè)量數(shù)據(jù)等實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p>　　通過(guò)教師指導(dǎo)以及查閱傳感器測(cè)量相關(guān)資料，本設(shè)計(jì)方案測(cè)試電路主要是由單片機(jī)stm32、集成運(yùn)放

35、AD620、采樣電路以及PID智能控制儀器等組成。</p><p>　　單片機(jī)主要完成溫度傳感器電阻隨溫度的變化趨勢(shì)采樣及處理，處理主要包括AD轉(zhuǎn)換、信號(hào)的反饋補(bǔ)償，以及與PID直接的信號(hào)傳遞數(shù)碼顯示，其他所有的邏輯判斷功能。PID則主要負(fù)責(zé)溫度顯示，加熱腔的溫度智能控制，完成報(bào)警功能以及對(duì)溫度傳感器的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)試的結(jié)果除了用PID儀表顯示之外，也通過(guò)接口電路傳到上位機(jī)即計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件顯示，其中加熱

36、腔與單片機(jī)直接通過(guò)光耦電路橋接，巧妙的實(shí)現(xiàn)了加熱單元與測(cè)量部分的隔離。</p><p>　　本方案計(jì)劃采用國(guó)內(nèi)技術(shù)先進(jìn)的AI-519型人工智能調(diào)節(jié)器進(jìn)行保溫腔體的溫度控制，該智能儀器溫度控制過(guò)程精確，過(guò)沖量小，能夠?qū)犭娕歼M(jìn)行溫度漂移和溫升速度雙重補(bǔ)償，從而減小溫度測(cè)量的誤差；控制系統(tǒng)采用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)的arm最新的crotex-M3系列控制器，技術(shù)先進(jìn)，控制精確，可擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠完成對(duì)溫度傳感器電阻隨溫度變化信號(hào)

37、的采集和處理；上位機(jī)直接控制儀器的整體運(yùn)行，操作智能程度高，有兩種測(cè)量結(jié)果顯示方式，同時(shí)顯示加熱腔體實(shí)際溫度和被測(cè)傳感器電阻變化趨勢(shì)，對(duì)比以判定傳感器老化程度；方向鍵能夠使圖像移動(dòng)，利于觀察測(cè)量結(jié)果與原始數(shù)據(jù)的對(duì)比。</p><p>　　3 感溫元件測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 測(cè)試臺(tái)總體設(shè)計(jì)要求</p><p>　?。?）適用對(duì)象：缸蓋溫度傳感器&

38、lt;/p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)： </b></p><p>　　工作電壓：6~24V；</p><p>　　工作溫度：低于+200℃（+230℃不得連續(xù)超過(guò)30min，+250℃不得連續(xù)超過(guò)10min）；</p><p>　?。?）測(cè)量范圍：0~1000℃；</p><p>　　（3）主

39、要技術(shù)參數(shù)要求：</p><p>　　電源：220V； 精度：±0.1 ℃；</p><p>　　控制方式：計(jì)算機(jī)測(cè)控，自動(dòng)模擬加熱，自動(dòng)檢測(cè)；</p><p><b>　?。?）操作流程</b></p><p>　?、贅?biāo)定 ②加載被測(cè)器件 ③自動(dòng)加熱

40、 ④自動(dòng)跟蹤記錄溫度和電阻變化 ⑤輸出 ⑥比較結(jié)果、作出判定。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)報(bào)表格式：輸出溫度和電阻曲線（包括回差、超測(cè)量）。</p><p>　　（6）計(jì)算機(jī)配置：工控機(jī)、液晶輸出</p><p>　　3.2 測(cè)試臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　通過(guò)需求分析、論證、設(shè)計(jì)以及考慮設(shè)計(jì)要求，

41、設(shè)計(jì)方案流程如圖3.2.1</p><p><b>　　圖3.2.1</b></p><p>　　方案設(shè)計(jì)測(cè)試臺(tái)由兩部分組成：</p><p>　?。?）上位機(jī)：負(fù)責(zé)環(huán)境參數(shù)的設(shè)定、測(cè)試過(guò)程控制和測(cè)試結(jié)果的顯示。</p><p>　?。?）下位機(jī)：負(fù)責(zé)PID溫控儀表參數(shù)設(shè)定、測(cè)試電路監(jiān)控、采樣電路AD轉(zhuǎn)換、運(yùn)放工作、測(cè)試

42、結(jié)果反饋等。</p><p>　　在無(wú)上位機(jī)時(shí)，測(cè)試電路按上次測(cè)試設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行，顯示結(jié)果用指示燈指示測(cè)試好壞。</p><p>　　下位機(jī)測(cè)試單元由五部分組成：</p><p>　?。?）供電部分：負(fù)責(zé)CPU、測(cè)試電路、顯示、PID的各個(gè)部分供電。</p><p>　　（2）PID溫控儀表與加熱腔體：負(fù)責(zé)建立滿足測(cè)試條件的溫度。</p

43、><p>　?。?）測(cè)試電路：采樣電路將測(cè)試電阻的阻值變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?jīng)運(yùn)算放大器放大后給CPU。測(cè)試電路負(fù)責(zé)上電后自檢及檢測(cè)電路是否工作正常。</p><p>　?。?）CPU：負(fù)責(zé)所有AD轉(zhuǎn)換，通信，控制其他部分工作及其所有邏輯判斷功能。</p><p>　　（5）顯示部分分為PID顯示和測(cè)試結(jié)果顯示。PID顯示測(cè)試腔體給定溫度、實(shí)測(cè)溫度、工作狀態(tài)、報(bào)警等，測(cè)試

44、結(jié)果用指示燈顯示，同時(shí)在上位機(jī)上進(jìn)行曲線顯示。</p><p>　　此測(cè)試儀有上電自檢及無(wú)上位機(jī)時(shí)正常工作功能，并可以在無(wú)上位機(jī)時(shí)恢復(fù)出廠設(shè)置。</p><p>　　設(shè)計(jì)感溫元件測(cè)試臺(tái)電氣配線如圖3.2.2</p><p><b>　　圖3.2.2</b></p><p>　　感溫元件測(cè)試臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3.2.3<

45、/p><p><b>　　圖3.2.3</b></p><p>　　3.3 測(cè)試臺(tái)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　測(cè)試臺(tái)硬件電路主要分為四部分：STM32F101C4的主板設(shè)計(jì)、集成運(yùn)放AD620的電路設(shè)計(jì)、采樣電路設(shè)計(jì)、PID智能控制儀表電路連接，各部分之間連接關(guān)系前章已經(jīng)做過(guò)介紹，以下幾節(jié)將分別對(duì)STM32F101單片機(jī)、集成運(yùn)放AD620、

46、采樣電路和PID智控儀表的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。</p><p>　　3.3.1 STM32F101C4的主板設(shè)計(jì)</p><p>　　STM32F101xx基本型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為36MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)128K字節(jié)的閃存和16K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng)型外設(shè)和I/O端口聯(lián)接到兩條APB總線。所有型號(hào)的器件都包含1個(gè)12位

47、的ADC和3個(gè)通用16位定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)的通信接口：2個(gè)I2C、2個(gè)SPI和3個(gè)USART。</p><p>　　ARM的Cortex-M3處理器是最新一代的嵌入式ARM處理器，它為實(shí)現(xiàn)MCU的需要提供了低成本的平臺(tái)、縮減的管腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗，同時(shí)提供卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷系統(tǒng)響應(yīng)。STM32F101xx基本型系列擁有內(nèi)置的ARM核心，因此它與所有的ARM工具和軟件兼容。STM32F101xx基本型內(nèi)

48、置嵌套的向量式中斷控制器，能夠處理多達(dá)43個(gè)可屏蔽中斷通道(不包括16個(gè)Cortex-M3的中斷線)和16個(gè)優(yōu)先級(jí)。</p><p>　　STM32F101xx基本型系列工作于-40°C至+85°C的溫度范圍，2.0V至3.6V的工作電壓，一系列的省電模式滿足低功耗應(yīng)用的需求。完整的STM32F101xx基本型系列產(chǎn)品包括從36腳至100腳的三種不同封裝形式；根據(jù)不同的封裝形</p>

49、;<p>　　式，器件中的外設(shè)配置不盡相同。本方案中所采用的STM32F101C4為48管腳封裝形式，各管腳功能如圖3.3.1</p><p><b>　　圖3.3.1</b></p><p>　　根據(jù)不同的封裝形式，器件中的外設(shè)配置不盡相同。這些豐富的外設(shè)配置，使得STM32F101xx基本型系列微控制器適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。</p>&l

50、t;p>　　其中本方案采取的單片機(jī)供電電路如圖3.3.2</p><p><b>　　圖3.3.2</b></p><p>　　其中AS1117是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，能夠提供完善的過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能（AS1117正常工作環(huán)境溫度范圍極寬，為-50℃～140℃），確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)在產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用先進(jìn)的修正技術(shù)，確保輸出電壓和參考源精度在&#

51、177;1%的精度范圍內(nèi)。 AS1117采用 SOT-223,TO-252封裝形式。電路圖中C12為輸入旁路電容，輸出端接電容C14為保證電路的穩(wěn)定性。</p><p>　　基于STM32F101C4的單片機(jī)系統(tǒng)是測(cè)量電路的核心部分，被測(cè)缸蓋溫度傳感器電阻隨溫度的變化由采樣電路采集后經(jīng)集成運(yùn)放AD620轉(zhuǎn)化為電壓變化通過(guò)接口電路傳給上位機(jī)進(jìn)行顯示，上位機(jī)同時(shí)接收PID智能儀表反饋的加熱腔體實(shí)時(shí)溫度通過(guò)圖表顯示對(duì)比

52、，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)溫度傳感器不同溫度下阻值變化曲線與給定標(biāo)準(zhǔn)變化曲線的對(duì)比，進(jìn)而測(cè)定被測(cè)傳感器的精度系數(shù)。</p><p>　　3.3.2 集成運(yùn)放AD620的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在很多信號(hào)采集系統(tǒng)中,信號(hào)變化的幅度都比較大 ,如果采用單一的增益放大,那么放大以后的信號(hào)幅值有可能超過(guò)A/ D 轉(zhuǎn)換的量程,所以必須根據(jù)信號(hào)的變化相應(yīng)調(diào)整放大器的增益。在自動(dòng)化程度要求較高的系統(tǒng)中, 希

53、望能夠在程序中用軟件控制放大器的增益, 或者放大器本身能自動(dòng)將增益調(diào)整到適當(dāng)?shù)姆秶D620正是這樣一種具有程控增益調(diào)整功能的芯片，它是美國(guó)ADI公司的專利產(chǎn)品,是一個(gè)低噪、90MHz帶寬增益可調(diào)的集成運(yùn)放,如增益用分貝表示,則增益與控制電壓成線性關(guān)系,壓擺率為275V/μs。管腳間的連接方式?jīng)Q定了可編程的增益范圍,增益在-11～+30dB時(shí)的帶寬為90MHz ,增益在+9～+41dB 時(shí)具有9MHz帶寬,改變管腳間的連接電阻,可使增

54、益處在上述范圍內(nèi)。集成電路可應(yīng)用于射頻自動(dòng)增益放大器、視頻增益控制、A /D轉(zhuǎn)換量程擴(kuò)展和信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)。</p><p>　　AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個(gè)外部電阻來(lái)設(shè)置增益，增益范圍為1至10,000。此外，AD620采用8引腳SOIC和DIP封裝，尺寸小于分立式設(shè)計(jì)，并且功耗較低(最大電源電流僅1.3 mA)，因此非常適合電池供電的便攜式(或遠(yuǎn)程)應(yīng)用。</p><p

55、>　　AD620具有高精度(最大非線性度40 ppm)、低失調(diào)電壓(最大50 µV)和低失調(diào)漂移(最大0.6 µV/°C)特性，由于其輸入級(jí)采用Superβeta處理，因此可以實(shí)現(xiàn)最大1.0 nA的低輸入偏置電流。AD620在1 kHz時(shí)具有9 nV/Hz的低輸入電壓噪聲，在0.1 Hz至10 Hz頻帶內(nèi)的噪聲為0.28 µV峰峰值，輸入電流噪聲為0.1pA/ Hz，因而作為前置放大器使用效

56、果很好。同時(shí)，AD620的0.01%建立時(shí)間為15 µs，非常適合多路復(fù)用應(yīng)用；而且成本很低，足以實(shí)現(xiàn)每通道一個(gè)儀表放大器的設(shè)計(jì)。</p><p>　　集成運(yùn)放AD620引腳布局如圖3.3.3</p><p><b>　　圖3.3.3</b></p><p>　　Ad620的1、8管腳是要跨接一電阻來(lái)調(diào)節(jié)放大倍率的，4、7管腳需要提供

57、正負(fù)相等的工作電壓，由2、3接腳輸入的放大電壓即可從接腳6輸出放大電阻值。接腳5則是參考基率，如果接地則管腳6輸出的即為與地之間的相對(duì)電壓。</p><p>　　AD620在采樣電路中的使用如圖3.3.4</p><p><b>　　圖3.3.4</b></p><p>　　其中1、8管腳并聯(lián)兩個(gè)相同電路來(lái)設(shè)置四種不同的放大倍率，6管腳輸出的電

58、壓經(jīng)過(guò)電阻R88分壓，再與單片機(jī)STM32F101C4 PA7管腳連接作為模擬輸入，從而實(shí)現(xiàn)了AD620集成運(yùn)放與單片機(jī)處理器的采樣連接。</p><p>　　3.3.3 采樣電路設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)采樣電路采用四種選擇電路，由于不同的輸入電阻值會(huì)使集成運(yùn)放AD620出現(xiàn)不同的電壓放大倍數(shù)，故并聯(lián)了四組不同的電阻，從而擴(kuò)展了測(cè)試感溫元件的種類(lèi)。測(cè)試電路圖如圖3.3.5</p

59、><p><b>　　圖3.3.5</b></p><p>　　本方案測(cè)試對(duì)象為缸蓋溫度傳感器，由于在測(cè)量感溫元件時(shí)，只有一組電阻接入電路，不同的電阻值使集成運(yùn)放AD620對(duì)不同的感溫元件在相同的溫度下輸出不同的電壓值，因此本方案實(shí)際測(cè)量中只需接通一組電阻，輸出端直接與STM32F101連接。 </p><p>　　3.3.4 宇電AI-519型P

60、ID連接電路設(shè)計(jì)</p><p>　　目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器

61、，通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器 （儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、

62、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等?？删幊炭刂破?PLC) 是利</p><p>　　而本課題中采用的是宇電/AI-519型PID，下面簡(jiǎn)單介紹AI-519人工智能調(diào)節(jié)其的主要特點(diǎn)及性能：</p><p>　　(1)輸入可自由選擇熱電偶、熱電阻、電壓及電流，內(nèi)含非線性校正表

63、格，無(wú)需校正，測(cè)量精確穩(wěn)定。</p><p>　　(2)采用先進(jìn)的 AI人工智能PID調(diào)節(jié)算法，無(wú)超調(diào)，具備自整定（AT）功能。</p><p>　　(3)具備手動(dòng) /自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換功能及上電軟啟動(dòng)功能。</p><p>　　(4)采用宇電公司新一代 0.2%高精度電流輸出模塊X3/X5，大大提高了變送及調(diào)節(jié)輸出精度。</p><p>　　(

64、5)采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能廣泛滿足各種應(yīng)用場(chǎng)合的需要，交貨迅速且維護(hù)方便。</p><p>　　(6)人性化設(shè)計(jì)的操作方法，易學(xué)易用；并允許編輯現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)及自設(shè)定密碼，“定制”自己的儀表。</p><p>　　(7)全球通用的 100~240VAC輸入范圍開(kāi)關(guān)電源或24VDC電源供電，多種面板外型尺寸，具備 50Hz/60Hz電源頻率及℃ /℉單位選擇功能。</p

65、><p>　　(8)“發(fā)燒”級(jí)硬件設(shè)計(jì)，大量采用鉭電容或陶瓷電容替代電解電容，具備比同級(jí)產(chǎn)品更低的電源消耗、更高的可靠性、穩(wěn)定性及更寬廣的溫度使用范圍；其電源及 I/O端子均通過(guò)4KV/5KHz的群脈沖抗干擾實(shí)驗(yàn)測(cè)試。</p><p>　　(9)通過(guò) ISO9001質(zhì)量認(rèn)證和CE認(rèn)證，在質(zhì)量、抗干擾能力及安全標(biāo)準(zhǔn)方面達(dá)到國(guó)際水準(zhǔn)。</p><p><b>　　

66、注意事項(xiàng):</b></p><p>　　儀表在使用前應(yīng)根據(jù)其輸入、輸出規(guī)格及功能要求來(lái)正確設(shè)置參數(shù)。只有配置好參數(shù)的儀表才能投入使用。</p><p>　　儀表后蓋端子排布如圖3.3.6：</p><p><b>　　圖3.3.6</b></p><p>　　其中線性電壓量程在500mV以下的由19、18端輸

67、入，0~5V及1~5V的信號(hào)由17、18端輸入；4~20mA線性電流輸入可用250歐電阻變?yōu)?~5V電壓信號(hào)，然后從17、18端輸入；也可在MIO位置安裝I4模塊后，從14+、15-端輸入或直接從16+、14-接二線制變送器；不同分度號(hào)的熱電偶采用的熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線不同，采用內(nèi)部自動(dòng)補(bǔ)償模式時(shí)，補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)直接接到儀表后蓋的接線端子上，中間不能轉(zhuǎn)成普通導(dǎo)線，否則會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。</p><p>　　儀表顯示如圖3.3

68、.7：</p><p><b>　　圖3.3.7</b></p><p>　　上顯示窗，顯示測(cè)量值PV、參數(shù)名稱等；下顯示窗，顯示給定值SV、報(bào)警代號(hào)、參數(shù)值等；設(shè)置鍵，用于進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)，確認(rèn)參數(shù)修改等；數(shù)據(jù)移位（兼手動(dòng)/自動(dòng)切換控制操作）；數(shù)據(jù)減少鍵（兼運(yùn)行/暫停操作）；數(shù)據(jù)增加鍵（兼停止操作）；10 個(gè) LED 指示燈，MAN 燈亮表示處于手動(dòng)輸出狀態(tài)；PRG

69、 燈本型號(hào)產(chǎn)品不用； MIO、OP1、OP2、AL1、AL2、AU1、AU2 等分別對(duì)應(yīng)模塊輸入輸出動(dòng)作；COM燈亮表示正與上位機(jī)通訊。</p><p>　　儀表上電后進(jìn)入基本顯示狀態(tài)，此時(shí)儀表上顯示窗顯示測(cè)量值（PV）、下顯示窗顯示給定值（SV）或輸出值。上顯示窗交替顯示“orAL”，表示輸入的測(cè)量信號(hào)超出量程。下顯示窗交替顯示“HIAL”、“LoAL”、“HdAL”或“LdAL”時(shí)，分別表示發(fā)生了上限報(bào)警、下

70、限報(bào)警、偏差上限報(bào)警、偏差下限報(bào)警，若有必要也可關(guān)閉這項(xiàng)報(bào)警字符閃動(dòng)功能以避免過(guò)多的閃動(dòng)（將AdIS參數(shù)設(shè)置為oFF），若顯示“EErr”則表示內(nèi)部系統(tǒng)自檢出錯(cuò)，應(yīng)寄回返修。</p><p>　　3.3.5 AIBUS通訊協(xié)議說(shuō)明（V7.0）</p><p>　　AIBUS是廈門(mén)宇電自動(dòng)化科技有限公司為AI系列顯示控制儀表開(kāi)發(fā)的通訊協(xié)議，能用簡(jiǎn)單的指令實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能，并提供比其它常用協(xié)議（

71、如MODBUS）更快的速率（相同波特率下快3-10倍）,適合組建較大規(guī)模系統(tǒng)。AIBUS采用了16位的求和校正碼，通訊可靠，支持4800、9600、19200等多種波特率，在19200波特率下，上位機(jī)訪問(wèn)一臺(tái)AI-7/8系列高性能儀表的平均時(shí)間僅20mS，訪問(wèn)AI-5系列儀表的平均時(shí)間為50mS。儀表允許在一個(gè)RS485通訊接口上連接多達(dá)80臺(tái)儀表（為保證通訊可靠，儀表數(shù)量大于60臺(tái)時(shí)需要加一個(gè)RS485中繼器）。AI系列儀表可以用PC

72、、觸摸屏及PLC作為上位機(jī)，其軟件資源豐富，發(fā)展速度極快。基與PC的上位機(jī)軟件廣泛采用WINDOWS作為操作環(huán)境，不僅操作直觀方便，而且功能強(qiáng)大。最新的工業(yè)平板觸摸屏式PC的應(yīng)用，更為工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)新的界面。這使得AIDCS系統(tǒng)價(jià)格大大低于傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)，而性能及可靠性也具備比傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)更優(yōu)越的潛力，V7.X版本AI-7/8系列儀表允許連續(xù)寫(xiě)參數(shù)，寫(xiě)給定值或輸出值，可利用上位機(jī)將儀表組成復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)。</p><

73、p>　　3.3.5.1 接口規(guī)格</p><p>　　AI系列儀表使用異步串行通訊接口，接口電平符合RS232C或RS485標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。數(shù)據(jù)格式為1個(gè)起始位，8位數(shù)據(jù)，無(wú)校驗(yàn)位，1個(gè)或2個(gè)停止位。通訊傳輸數(shù)據(jù)的波特率可調(diào)為4800~19200 bit/S，通常用9600 bit/S，單一通訊口所連接儀表數(shù)量大于40臺(tái)或需要更快刷新率時(shí)，推薦用19200bit/S，當(dāng)通訊距離很長(zhǎng)或通訊不可靠常中斷時(shí)，可選4

74、800bit/S。AI儀表采用多機(jī)通訊協(xié)議，采用RS485通訊接口，則可將1~80臺(tái)的儀表同時(shí)連接在一個(gè)通訊接口上。</p><p>　　RS485通訊接口通訊距離長(zhǎng)達(dá)1KM以上（部分實(shí)際應(yīng)用已達(dá)3-4KM），只需兩根線就能使多臺(tái)AI儀表與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，優(yōu)于RS232通訊接口。為使用普通個(gè)人計(jì)算機(jī)PC能作上位機(jī)，可使用RS232/RS485或USB/RS485型通訊接口轉(zhuǎn)換器，將計(jì)算機(jī)上的RS232通訊口或US

75、B口轉(zhuǎn)為RS485通訊口。宇電為此專門(mén)開(kāi)發(fā)了新型RS232/RS485及USB/RS485轉(zhuǎn)換器，具備體積小、無(wú)需初始化而可適應(yīng)任何軟件、無(wú)需外接電源、有一定抗雷擊能力等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　按RS485接口的規(guī)定，RS485通訊接口可在一條通訊線路上連接最多32臺(tái)儀表或計(jì)算機(jī)。需要聯(lián)接更多的儀表時(shí)，需要中繼器，也可選擇采用75LBC184或MAX487等芯片的通訊接口。目前生產(chǎn)的AI儀表通訊接口模塊通常采

76、用75LBC184，這種芯片具備一定的防雷擊和防靜電功能，且無(wú)需中繼器即可連接約60臺(tái)儀表。</p><p>　　AI儀表的RS232及RS485通訊接口采用光電隔離技術(shù)將通訊接口與儀表的其他部分線路隔離，當(dāng)通訊線路上的某臺(tái)儀表?yè)p壞或故障時(shí)，并不會(huì)對(duì)其它儀表產(chǎn)生影響。同樣當(dāng)儀表的通訊部分損壞或主機(jī)發(fā)生故障時(shí)，儀表仍能正常進(jìn)行測(cè)量及控制，并可通過(guò)儀表鍵盤(pán)對(duì)儀表進(jìn)行操作，工作可靠性很高。16位校驗(yàn)碼的正確性是簡(jiǎn)單奇偶

77、校驗(yàn)的30000倍，基本能保證數(shù)據(jù)可靠性。并且同一網(wǎng)絡(luò)上有其他公司也采用主從方式通訊的產(chǎn)品時(shí)，如PLC、變頻器等，多數(shù)情況下AI系列儀表都不會(huì)受其它公司產(chǎn)品通訊干擾，不會(huì)產(chǎn)生采集數(shù)據(jù)混亂或無(wú)法通訊的問(wèn)題。但是AI儀表協(xié)議并不能保證其它公司產(chǎn)品能否正常工作，所以除非萬(wàn)不得已，不應(yīng)將AI儀表與其它產(chǎn)品混在一個(gè)RS485通訊總線上，而應(yīng)分別使用不同的總線。</p><p>　　3.3.5.2 通訊指令</p>

78、;<p>　　AI儀表采用16進(jìn)制數(shù)據(jù)格式來(lái)表示各種指令代碼及數(shù)據(jù)。AI儀表軟件通訊指令經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)的通訊指令只有兩條，一條為讀指令，一條為寫(xiě)指令，兩條指令使得上位機(jī)軟件編寫(xiě)容易，不過(guò)卻能100%完整地對(duì)儀表進(jìn)行操作；標(biāo)準(zhǔn)讀和寫(xiě)指令分別如下：</p><p>　　讀： 地址代號(hào)+52H（82）+要讀的參數(shù)代號(hào)+0+0+校驗(yàn)碼</p><p>　　寫(xiě)： 地址代號(hào)+43H（

79、67）+要寫(xiě)的參數(shù)代號(hào)+寫(xiě)入數(shù)低字節(jié)+寫(xiě)入數(shù)高字節(jié)+校驗(yàn)碼</p><p>　　地址代號(hào)：為了在一個(gè)通訊接口上連接多臺(tái)AI儀表，需要給每臺(tái)AI儀表編一個(gè)互不相同的通訊地址。有效的地址為0~80（部分型號(hào)為0~100），所以一條通訊線路上最多可連接81臺(tái)AI儀表，儀表的通訊地址由參數(shù)Addr決定。儀表內(nèi)部采用兩個(gè)重復(fù)的128~208（16進(jìn)制為80H~D0H）之間數(shù)值來(lái)表示地址代號(hào)，由于大于128的數(shù)較少用到（如A

80、SC方式的協(xié)議通常只用0-127之間的數(shù)），因此可降低因數(shù)據(jù)與地址重復(fù)造成沖突的可能性。</p><p>　　AI儀表通訊協(xié)議規(guī)定，地址代號(hào)為兩個(gè)相同的字節(jié)，數(shù)值為（儀表地址+80H）。例如：儀表參數(shù)Addr=10（16進(jìn)制數(shù)為0AH，0A+80H=8AH），則該儀表的地址代號(hào)為：8AH 8AH</p><p>　　參數(shù)代號(hào)：儀表的參數(shù)用1個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)（一個(gè)字節(jié)，寫(xiě)為16進(jìn)制數(shù)）的參數(shù)

81、代號(hào)來(lái)表示。它在指令中表示要讀/寫(xiě)的參數(shù)名。</p><p>　　校驗(yàn)碼：校驗(yàn)碼采用16位求和校驗(yàn)方式，其中讀指令的校驗(yàn)碼計(jì)算方法為：</p><p>　　要讀參數(shù)的代號(hào)×256+82+ADDR</p><p>　　寫(xiě)指令的校驗(yàn)碼計(jì)算方法為以下公式做16位二進(jìn)制加法計(jì)算得出的余數(shù)（溢出部分不處理）：</p><p>　　要寫(xiě)的參數(shù)代

82、號(hào)×256+67+要寫(xiě)的參數(shù)值+ADDR</p><p>　　公式中ADDR為儀表地址參數(shù)值，范圍是0~80（注意不要加上80H）。校驗(yàn)碼為以上公式做二進(jìn)制16位整數(shù)加法后得到的余數(shù)，余數(shù)為2個(gè)字節(jié)，其低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。要寫(xiě)的參數(shù)值用16位二進(jìn)制整數(shù)表示。</p><p>　　返回?cái)?shù)據(jù)：無(wú)論是讀還是寫(xiě)，儀表都返回以下10個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)：</p><p>

83、　　測(cè)量值PV+給定值SV+輸出值MV及報(bào)警狀態(tài)+所讀/寫(xiě)參數(shù)值+校驗(yàn)碼</p><p>　　其中PV、SV及所讀參數(shù)值均各占2個(gè)字節(jié)，代表一個(gè)16位二進(jìn)制有符號(hào)補(bǔ)碼整數(shù)，低位字節(jié)在前，高位字節(jié)在后，整數(shù)無(wú)法表示小數(shù)點(diǎn)，要求用戶在上位機(jī)處理；MV占一個(gè)字節(jié)，按8位有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)格式，數(shù)值范圍-110~＋110，狀態(tài)位占一個(gè)字節(jié)，校驗(yàn)碼占2個(gè)字節(jié)，共10個(gè)字節(jié)。</p><p>　　返回校驗(yàn)

84、碼：PV+SV+（報(bào)警狀態(tài)*256+MV）+參數(shù)值+ADDR按整數(shù)加法相加后得到的余數(shù)。計(jì)算校驗(yàn)碼時(shí)，每2個(gè)8位字節(jié)組成1個(gè)16位二進(jìn)制整數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算，溢出數(shù)忽略，余數(shù)作為校驗(yàn)碼。</p><p>　　巡檢儀具備狀態(tài)字節(jié)B，對(duì)于V7.5版本以上調(diào)節(jié)器、溫控儀、單顯表，MV則可交替代表MV值及狀態(tài)字節(jié)B（由狀態(tài)字節(jié)A的位6決定）。狀態(tài)字節(jié)B的位0~6分別表示OP1、OP2、AL1、AL2、AU1、AU2及MIO口

85、的輸入狀態(tài)，0表示為未接通或未輸出，1表示外部開(kāi)關(guān)接通或有輸出，OUTP或AUX做調(diào)節(jié)輸出時(shí)則對(duì)應(yīng)位固定為0。利用功能可將對(duì)應(yīng)端口作為上位機(jī)開(kāi)關(guān)量的輸出或輸出，應(yīng)用ALP參數(shù)設(shè)置沒(méi)有用到的報(bào)警端口均可作為I/O端口，利用修改NONC（常開(kāi)/常閉）參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)量的輸出，作為開(kāi)關(guān)量輸入時(shí)，應(yīng)將nonc對(duì)應(yīng)位設(shè)置為常開(kāi)，若讀入信號(hào)為1，則表示外部開(kāi)關(guān)閉合或有信號(hào)輸入。</p><p>　　3.3.5.3 編程方法

86、</p><p>　　系統(tǒng)采用主從式多機(jī)通訊結(jié)構(gòu)，每向儀表發(fā)一個(gè)指令，儀表返回一個(gè)數(shù)據(jù)。編寫(xiě)上位機(jī)軟件時(shí)，注意每條有效指令儀表應(yīng)在0~150mS內(nèi)作出應(yīng)答，而上位機(jī)也必須等儀表返回?cái)?shù)據(jù)后，才能發(fā)新的指令，否則將引起錯(cuò)誤。如果儀表超過(guò)最大響應(yīng)時(shí)間（150mS）仍沒(méi)有應(yīng)答，則原因可能無(wú)效指令、通訊線路故障，儀表沒(méi)有開(kāi)機(jī)，通訊地址不合等，此時(shí)上位機(jī)應(yīng)重發(fā)指令或跳過(guò)改地址儀表。例如，將地址（參數(shù)ADDR）為1的儀表的給定

87、值（參數(shù)代號(hào)0）寫(xiě)為100.0℃(整數(shù)為1000），用VB的編程方法如下：</p><p>　?。?）初始化通訊口，包括與儀表相同的波特率，數(shù)據(jù)位8，停止位2，無(wú)校驗(yàn)。注意某些廠家的RS232/RS485通訊轉(zhuǎn)換器對(duì)RTS、DTR等控制線有一定的要求，上位機(jī)軟件必須對(duì)這些控制線進(jìn)型編程。用本公司生產(chǎn)的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器則可免去對(duì)這些線進(jìn)行編程。</p><p>　?。?）VB編程

88、指令（寫(xiě)SV為1000）為：</p><p>　　Dim Cmdout (0 To 7) As Byte</p><p>　　Cmdout(0)=129</p><p>　　Cmdout(1)=129</p><p>　　Cmdout(2)=67</p><p>　　Cmdout(3)=0</p><

89、;p>　　Cmdout(4)=232</p><p>　　Cmdout(5)=3</p><p>　　Cmdout(6)=44</p><p>　　Cmdout(7)=4</p><p>　　COMM1.OUTPUT=Cmdout</p><p><b>　　儀表返回?cái)?shù)據(jù)：</b></

90、p><p>　　Dim instring() as byte</p><p>　　Dim pv as integer, sv as integer, mv as integer, alm as integer, cs as integer, crc as integer</p><p>　　instring = MSComm1.Input '假設(shè)已經(jīng)有數(shù)據(jù)

91、返回</p><p>　　pv= Join2Byte(instring(0), instring(1))</p><p>　　sv= Join2Byte(instring(2), instring(3))</p><p>　　mv= (instring(4))</p><p>　　alm= integer(instring(5))</p

92、><p>　　cs= Join2Byte(instring(6), instring(7))</p><p>　　crc= Join2Byte(instring(8), instring(9))</p><p>　　Public Function Join2Byte(lowbyte As Byte, highbyte As Byte)</p><p&

93、gt;　　Dim c As Integer</p><p>　　c = highbyte</p><p>　　If c > 127 Then</p><p>　　c = (c - 256) * 256</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　c = c * 256&

94、lt;/p><p><b>　　End If</b></p><p>　　Join2Byte = c + lowbyte</p><p>　　End Function</p><p>　　3.4 測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　上位機(jī)是指人可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，一般是PC，屏幕上顯示各

95、種信號(hào)變化（液壓，水位，溫度等）。下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計(jì)算機(jī)，一般是PLC/單片機(jī)之類(lèi)的。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（一般為模擬量），轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給上位機(jī)。簡(jiǎn)言之如此，上下位機(jī)都需要編程，相互連接除硬件連接外都需要程序的驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　本方案所設(shè)計(jì)測(cè)試臺(tái)包括上位機(jī)電腦（PC）、下位機(jī)（PCB電路和P

96、ID儀表）、加熱單元、測(cè)試單元和連接線。</p><p>　　該測(cè)試臺(tái)采用國(guó)內(nèi)技術(shù)先進(jìn)的智能PID進(jìn)行保溫腔體的溫度控制，溫控精確，過(guò)沖量??；腔體密封性好，直接采用空氣導(dǎo)熱，儀器表面干凈無(wú)污染，易于清潔；對(duì)熱電偶進(jìn)行溫度漂移和溫升速度雙重補(bǔ)償，減小溫度測(cè)量的誤差；控制系統(tǒng)采用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)的arm最新的crotex-M3系列控制器，技術(shù)先進(jìn)，控制精確，可擴(kuò)展性強(qiáng)；上位機(jī)直接控制儀器的運(yùn)行，操作智能程度高，有兩種測(cè)量

97、結(jié)果顯示方式。方向鍵能夠?qū)D像移動(dòng)，利于觀察測(cè)量結(jié)果與原始數(shù)據(jù)的對(duì)比。</p><p>　　3.5 測(cè)試臺(tái)操作步驟</p><p>　　本方案所設(shè)計(jì)測(cè)試臺(tái)操作步驟為：</p><p>　?。?）將待測(cè)溫度傳感器接入測(cè)試臺(tái)測(cè)試孔（待測(cè)元件要全部擰入儀器預(yù)留的待測(cè)元件開(kāi)口，待測(cè)元件插入的深度不夠則會(huì)增加測(cè)試誤差），用測(cè)試用的連接夾子連接測(cè)試元件的一個(gè)電極。黑色夾子連接待

98、測(cè)溫度傳感器，紅色夾子連接待測(cè)溫度開(kāi)關(guān)，實(shí)際效果圖如圖3.61</p><p><b>　　圖3.6.1</b></p><p>　　（2）將計(jì)算機(jī)usb轉(zhuǎn)串口一端接到儀器的串口上，另一端接入計(jì)算機(jī)usb口。</p><p>　　（3）機(jī)柜接上220V交流電，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，PID上電自檢，自檢結(jié)束后，PID上顯示窗顯示保溫腔的實(shí)際溫度，下顯示窗

99、顯示設(shè)定的待測(cè)溫度，如果上次測(cè)量正常關(guān)機(jī)情況下，顯示00攝氏度。</p><p>　　（4）連接筆記本電腦電源，打開(kāi)筆記本，雙擊潤(rùn)華機(jī)電Rhvdo圖標(biāo)，打開(kāi)RHjdVdo軟件，操作界面如圖3.6.2</p><p><b>　　圖3.6.2</b></p><p>　?。?）選擇需要測(cè)試的元件（溫度傳感器），選擇測(cè)試結(jié)果輸出方式，移動(dòng)測(cè)量最高溫

100、度滑塊，設(shè)定測(cè)量需要的最高溫度。</p><p>　?。?）點(diǎn)擊開(kāi)始測(cè)量按鍵，儀器啟動(dòng)，進(jìn)入自動(dòng)測(cè)量程序。當(dāng)測(cè)量溫度開(kāi)關(guān)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到溫度開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，測(cè)量自動(dòng)結(jié)束；當(dāng)檢測(cè)溫度傳感器時(shí)，溫度達(dá)到設(shè)定溫度，檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)結(jié)束；測(cè)量過(guò)程如需停止測(cè)量，請(qǐng)按停止按鈕。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)顯示選擇圖像顯示時(shí)，軟件右視圖紅色曲線是感溫元件廠商提供的理想曲線，實(shí)際測(cè)量出的曲線用藍(lán)色顯示；選擇

101、表格顯示時(shí)，只顯示溫度為整5攝氏度或10攝氏度的數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）測(cè)量結(jié)束后，請(qǐng)按停止按鈕。使用結(jié)果計(jì)算按鈕，能夠計(jì)算出測(cè)量溫度開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度，以及溫度傳感器電阻值與理論值的平均誤差。</p><p><b>　　4 結(jié) 束 語(yǔ)</b></p><p>　　該測(cè)試臺(tái)測(cè)試對(duì)象為鐵路系統(tǒng)客運(yùn)專線油箱缸蓋溫度傳感器，傳感器在

102、長(zhǎng)期的使用中都存在元器件故障和老化等問(wèn)題，因此為確保油箱燃油安全更進(jìn)一步的確保運(yùn)輸安全，油箱溫度傳感器必須做定期性能參數(shù)測(cè)定，感溫元件測(cè)試臺(tái)即應(yīng)用于傳感器性能參數(shù)的重新鑒定。</p><p>　　測(cè)試臺(tái)主要由采樣測(cè)量電路、PID智能儀表、PC機(jī)等幾部分組成，采樣測(cè)量電路以STM32F101C4為核心實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器電阻變化趨勢(shì)的信息采集和相應(yīng)處理，運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)單，精度高，響應(yīng)速度快。同時(shí)，通過(guò)AI-519數(shù)碼

103、管直觀的顯示待測(cè)最終溫度和加熱腔體實(shí)際溫度以及應(yīng)用PID智能儀表實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱腔體溫度的實(shí)時(shí)控制。</p><p>　　本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試使用方便、性價(jià)比高，可以單獨(dú)使用，也可以和上位機(jī)連接。為了確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)還用硬件設(shè)計(jì)上采用了單片機(jī)上電復(fù)位電路，而在軟件設(shè)計(jì)中則加入了看門(mén)狗和軟件陷阱。該裝置運(yùn)行可靠，測(cè)量誤差小，具有很好的應(yīng)用效果，因此，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸?shù)刃?/p>

104、要對(duì)溫度傳感器進(jìn)行老化鑒定的場(chǎng)所，為安全運(yùn)輸增強(qiáng)了可靠性從而大大降低因傳感器老化而引起的油箱故障率，提高了效率。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本課題在選題及研究過(guò)程中得到xx老師的悉心指導(dǎo)。xx老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。xx老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我

105、以文，而且教我做人，雖歷時(shí)僅數(shù)月，卻給以終生受益無(wú)窮之道。</p><p>　　通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在學(xué)習(xí)電路圖的方法與技巧、傳感器技術(shù)與應(yīng)用的過(guò)程，以及在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。我在指導(dǎo)老師xx老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力，并對(duì)當(dāng)前電子領(lǐng)

106、域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，這對(duì)我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機(jī)和傳感器方面的知識(shí)有極大的幫助。在此，我忠心感謝xxx老師的指導(dǎo)和支持。在未來(lái)的工作和學(xué)習(xí)中，我將以更好的成績(jī)來(lái)回報(bào)老師。</p><p>　　在此，我還要感謝和我共同完成該設(shè)計(jì)項(xiàng)目的所有公司員工和同學(xué)，以及在一起愉快的度過(guò)大學(xué)生生活的物理工程學(xué)院全體老師和同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。<

107、/p><p>　　在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]童詩(shī)白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社， 2001</p><p>　　

108、[2]趙繼文. 傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì). 北京：科學(xué)出版社， 2002</p><p>　　[3]何金田. 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù). 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2006</p><p>　　[4]閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）. 北京：高等教育出版社， 1989</p><p>　　[5]胡壽松. 自動(dòng)控制原理.

109、 北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2000</p><p>　　[6]邱關(guān)源、羅先覺(jué). 電路. 北京：高等教育出版社， 2006</p><p>　　[7]張全法. Visual C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì). 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)出版社， 2008</p><p>　　[8]黃友銳，曲立國(guó). PID控制器參數(shù)整定與實(shí)現(xiàn).