亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        海表溫度信息采集器運行原理探究

        2015-05-30 10:48:04朱倪瑤趙奎
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年15期
        關(guān)鍵詞:單片機

        朱倪瑤 趙奎

        摘 要:海溫信息采集器是一種以單片機為核心,結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換、北斗衛(wèi)星等外部設(shè)備,在硬件和軟件設(shè)備的基礎(chǔ)上設(shè)計出的智能測溫儀。這種儀器開啟了一種新型的海溫測量方案,即通過紅外溫度傳感器來獲取海溫信息,將測量的相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過放大器、轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)絾纹瑱C進行處理,最后得出所需要的數(shù)據(jù)信息。

        關(guān)鍵詞:海溫信息采集;紅外測溫;單片機;采集器

        1 概述

        海溫信息采集器是現(xiàn)今普遍采用的測量海溫的智能測溫儀,主要采用紅外線測溫技術(shù)。自1800年威廉·赫胥爾嘗試著用棱鏡和溫度計對太陽光譜開展實驗后,發(fā)現(xiàn)了紅外線以來,這種技術(shù)就成了一種重要的測溫手段,并有了高速的發(fā)展。同時,紅外測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程、能源的節(jié)約、產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)測、設(shè)備的在線故障診斷和安全保護等方面都發(fā)揮了很大的作用,尤其是對運動目標的測溫或無法接觸表面的測溫,有著其他測溫技術(shù)所無法比擬的優(yōu)勢。

        2 海溫采集模塊硬件設(shè)計

        2.1 海表溫度采集器所具有的性能指標

        EVEREST INTERSCIENCE的4000L SERIES紅外傳感器是常用的海溫采集器,它測量溫度的精度為±0.5℃,其模擬電壓輸出特性為10mv/1℃(這意味著把測量溫度的分辨率至少設(shè)為5mv,才能基本滿足測溫精度±0.5℃的要求)。所謂海表氣溫,其溫度范圍不會超過-20℃~+60℃,也就是量程不會超過80℃,而對應(yīng)輸出電壓范圍應(yīng)為-200mv~600mv,總量程為800mv;如果采用10位A/D采樣,分辨率可小于1mv,此時,明顯小于5mv,然而并不會因采樣位數(shù)不足、引入新的誤差而降低海表溫度的測量精度。為了進一步提高精度,海表溫度限制在-15℃~45℃范圍內(nèi),此時,總的測量范圍為600mv;若用10位A/D采樣,分辨率就可進一步提高,此時每一位代表0.6mv,相當于0.06℃。

        2.2 海表溫度采集器硬件工作流程及電路總體設(shè)計

        2.2.1 硬件工作流程

        海表溫度采集器由紅外傳感器、AD采集電路、電源和通信模塊四個模塊組成,其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

        圖1表明:紅外傳感器吸收從海表發(fā)射出的紅外射線,經(jīng)過處理后,以電壓的方式輸出紅外傳感器所探測到的海表的溫度;然后通過采集電路對傳感器輸出的電壓進行AD轉(zhuǎn)換,將電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度值,保存在通信存儲器中;最后,經(jīng)過通信模塊將得到的溫度值傳輸?shù)奖倍穯纹瑱C中。當然,各模塊的正常工作均需電源模塊提供動力。

        2.2.2 海溫信息采集器電路總體設(shè)計

        單片機STC15W4K61S4型共有8路10位高速AD轉(zhuǎn)換器,用戶可以通過編程,使其速度達到50KHz、75KHz、150KHz和300KHz。可將8路中任意一路設(shè)置為AD轉(zhuǎn)換,不需作為AD使用的口可以繼續(xù)作為IO口使用。

        (1)為保護單片機的A/D,在A/D輸入端需接入一個雙向限幅器(BAT54S),將輸入電壓嚴格限制在0~5V范圍內(nèi)。因為單片機的A/D范圍是0~5V(電源電壓),而紅外傳感器輸出范圍(僅考慮-15℃~45℃)為-150mv~+450mv。為了適應(yīng)單片機A/D范圍,需要將紅外輸出的模擬電壓進行放大和電平搬移,放大倍數(shù)選擇8倍,此時,滿量程達到4.8V,接近A/D的滿量程范圍,這樣,可以充分利用A/D的位數(shù)。為適應(yīng)紅外傳感器的差模輸出方式,放大電路芯片選用了AD8221。同時,當放大倍數(shù)為8倍時,-15℃~45℃對應(yīng)的電壓輸出范圍為-1.2V~3.6V,因此,需要用一個+1.2V的高精度參考源(MAX6520),將放大后的海表溫度輸出結(jié)果搬移到0V~4.8V,然后再送至A/D。(2)放大電路芯片(AD8221)有一參考電壓輸入端,用于將輸出進行電平搬移。這種新芯片的放大倍數(shù)為8時,對應(yīng)的放大電阻為7.0571K,由于該電阻為非標準值,且電阻精度一般不高,因此,用一個6.8K的電阻串接一個500歐姆的多圈電位器替代,在電路調(diào)試中通過調(diào)節(jié)該多圈電位器(250歐姆左右),使電阻值精確到計算值。

        2.2.3 海表溫度采集器硬件功能

        海表溫度測量主電路包括基準電壓采樣、紅外傳感器輸出電壓采樣、數(shù)據(jù)傳輸和程序燒寫四大功能。(1)為保證單片機的正常運行,單片機工作電壓為+5V,然而,基準電壓卻是+2.5V,它是電壓+5V經(jīng)過MAX6043芯片轉(zhuǎn)換而來的,因此,單片機對此電壓采樣轉(zhuǎn)換的功能,就是基準電壓采樣功能。(2)+1.2V參考源MAX6043芯片的功能。MAX6043芯片與電容連接示意圖,如圖2所示。

        使用MAX6043的優(yōu)點有幾個方面:a.電壓穩(wěn)定度高,可以達到0.06%;b.輸入電壓范圍大,+4.5V

        (3)電路芯片AD8221的放大和提升功能。

        AD8221放大器芯片的特點是使用方便,增益可調(diào)范圍大,外圍電路簡單,且有很好的溫度特性[5]。其功能就是將紅外傳感器輸出的雙極電壓放大,結(jié)合引進的參考電壓值,提供給AD轉(zhuǎn)換器。該芯片引腳分布圖如圖3所示。

        從圖3中可以看出:2腳和3腳之間連接的電阻值可以調(diào)節(jié)放大器,使其放大增益;6腳連接的是提高電壓值所需的參考電壓;5腳和8腳則是放大器所需的工作電壓。由此,AD8221芯片和部分外圍器件正確連接才能實現(xiàn)放大功能,具體連接方式如圖4所示。

        式中:+IN:輸入的正電壓;-IN:輸入的負電壓;G:放大器放大增益; Vout:輸出電壓;REF:外部提供的參考電壓。

        從公式中看出,輸出電壓的大小是由輸入電壓的大小來確定(在放大倍數(shù)和參考電壓值確定后)。由AD8221內(nèi)部電路圖可知:如果需要放大的電壓是單極輸入的,則將-IN引腳接地即可。AD8221芯片其實就是一類增益可調(diào)的放大器,芯片的2.3引腳之間連接固定阻值電阻,用來調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。本設(shè)計將要放大的增益是8,計算出所要加入電路中的電阻值為RG=7.05K,但它不是標稱電阻,因此選用6.8k電阻來和500歐精密可調(diào)電位器串聯(lián)。當然,增益的大小可由下面公式計算而得:

        AD8221芯片若想穩(wěn)定工作,就需要有穩(wěn)定的雙極輸入電壓,理想工作電壓為±10V,所以選擇的電壓越接近理想電壓值,所得到的電壓輸出的穩(wěn)定更高,在此選用±12V,此電壓是由DC-DC電源模塊NSEND的SD05-12D12提供。

        (4)參考電源MAX6520芯片設(shè)計電路圖如圖6所示。

        該芯片封裝SOT-23,溫度系數(shù)高50ppm/℃,輸入電壓范圍為2.4V-11V,±1%輸出穩(wěn)定度。

        (5)限幅器BAT54S芯片是過壓保護電路,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

        根據(jù)圖7所示,如果引腳電壓超過+5V,就會和放大器輸出端引腳形成分壓電路,保證引腳電壓在正常的工作范圍內(nèi),達到保護單片機的目的。由于AD8221的電壓放大倍數(shù)較大,如果操作失誤或測試輸入電壓過高,輸出電壓很可能超過單片機的工作電壓+5V,那么在此引腳就會形成電流倒灌現(xiàn)象,這種現(xiàn)象危險性大,既縮短單片機的使用壽命,又可能長時間損害,導致整個電路板不能繼續(xù)使用。

        2.3 單片機電路缺陷及處理技術(shù)

        STC15W4K61S4單片機A/D的內(nèi)容電路有一個缺陷:沒有參考電源。給單片機供電的通常都是LM 7805類線性電源芯片,其輸出精度不高。如電壓4.9V,盡管可以支持單片機的數(shù)字電路工作,但作為A/D的參考電源,有100mv的誤差。因此,這個問題,必須修正變換結(jié)果。

        技術(shù)處理辦法:理想狀況下,單片機電源電壓為5V,采集該值得結(jié)果應(yīng)該為TFFH;如果現(xiàn)在電源電壓不是5V,而是有誤差,那么在單片機另一端輸入一個高精度參考電源,如2.5V,可以解算出電源電壓的真實值,再根據(jù)真實的電源電壓值和另一路A/D采集的溫度結(jié)果,解算出真實的溫度結(jié)果。

        3 海表溫度采集模塊軟件設(shè)計

        3.1 電壓分辨率計算

        海表溫度采集器輸入系統(tǒng)的海溫數(shù)據(jù)是以10mV/℃的模擬電壓數(shù)據(jù),要想得到與此電壓相對應(yīng)的海溫數(shù)據(jù),就需對輸入的電壓進行AD轉(zhuǎn)換。由于使用的是單片機內(nèi)部采樣,AD數(shù)據(jù)存儲使用的寄存器是保存高8位的寄存器和低2位的寄存器,所以,為了保證采樣的精確率,在設(shè)計的過程增加了一路參考電壓+2.5V作為參考源,把單片機的工作電壓分成以210為量階的數(shù)字值保存在寄存器中。例如,單片機工作電壓為+5V,那么每一個量階的電壓值(電壓分辨率△)的計算方法是:

        3.2 STC15W4K61S4單片機電壓采樣值測算

        單片機電壓采樣設(shè)計中,選擇了其中兩路A/D轉(zhuǎn)換口進行使用,它們是P1.6和P1.7。P1.6引腳連接的是參考電壓V1=+2.5V,P1.7引腳連接的是采樣電壓V2未知。此時設(shè)單片機的工作電壓為V,則V1的采樣值是:

        由這一算式可知,C1和C2值在單片機AD轉(zhuǎn)換器中可以直接讀取出來,因此就可以算出V2的電壓值。

        此時得到的V2值是經(jīng)過放大和搬移后的電壓值,而紅外傳感器輸出的模擬電壓經(jīng)過8倍的放大,提高+1.2V以后,才得到現(xiàn)在的V2。因此,實際溫度值T由下面的公式計算得出:

        值得注意的是,為了使得傳輸數(shù)據(jù)不出現(xiàn)負數(shù),這里不進行搬移,協(xié)議約定輸出電壓為真實值加上15°。

        3.3 海溫采集器紅外數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計流程圖如圖8所示。

        如圖8所示,初始化ADC過程必須保證通道選擇ch值為6,即選擇第7通道開始采樣,待完成后,再讓ch++,進入第8通道,然后設(shè)定單片機的采樣速度。此時的采樣速度總共有四種,速度由SPEED1和SPEED0兩位共同決定。具體設(shè)置如表1所示。

        依據(jù)表1所示,M值表示采樣周期數(shù),在這里,定義為P1.6和P1.7各采樣一次,所需要的時間稱為一個采樣周期。為了減少由于電壓的小范圍跳動而引進的誤差,在軟件設(shè)計中采用多次采樣取平均值的辦法,當然此時的采樣次數(shù)越大越好。但是系統(tǒng)要求的發(fā)送頻率是1分鐘/次,考慮到存取比較大的數(shù)值并進行乘除運算必然會影響單片機的運行效率,所以設(shè)計中選擇的采樣最大次數(shù)N=400。當采樣次數(shù)超過或等于N值時,單片機就會計算出這一段時間的溫度均值ET,然后等待發(fā)送信號到來。如果兩次采集次數(shù)超過N值,還沒有等到發(fā)送信號,則新的均值ET就會覆蓋掉原來的均值,保證溫度值是最近一次采樣值。

        3.4 AD數(shù)據(jù)采集存儲處理方式

        STC15W4K61S4單片機某一通道每次AD轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字值存儲在兩個BYTE型變量的寄存器ADC_RES和ADC_LOW2中,其中ADC_RES保存的是采樣值的高8位數(shù)據(jù),ADC_LOW2保存的是采樣值的低2位數(shù)據(jù)。所以想得到每次AD轉(zhuǎn)換后的得到的結(jié)果是WORD型變量VALUE,必須將兩個數(shù)值進行處理,處理的方式如圖9所示。

        從存儲結(jié)構(gòu)圖中可以看出,數(shù)據(jù)處理的方法是,首先將ADC_RES存儲器的值賦值給VALUE,由于存儲規(guī)則是左對齊(即從低位對齊)方式,這時候VALUE值的低8位存儲的數(shù)據(jù)是ADC_RES,高8位等于0,然后將VALUE右移兩位,與ADC_LOW2相“與”,此時VALUE的值就是一次采集到的AD值。最后根據(jù)求均值的方法對多次采樣值進行平均,將得到的均值傳輸?shù)奖倍酚脩魴C單片機中作為海溫的值。

        4 結(jié)束語

        海表溫度采集器使用紅外測溫技術(shù),打破了傳統(tǒng)的測溫模式,具有反應(yīng)快、測量精度高、可靠性高、范圍測量廣以及人為非接觸性測量不易破壞的特點。近年來,隨著科學技術(shù)的提高,我國的紅外技術(shù)快速發(fā)展,紅外產(chǎn)品在中國市場上占有相當?shù)膬?yōu)勢,紅外測溫儀的應(yīng)用將越來越廣泛,具備廣闊的市場前景和巨大的經(jīng)濟效益。

        參考文獻

        [1]楊子東,陳遠宏.紅外測溫及其應(yīng)用[J].昆明理工大學學報,1999,24(5):60-61.

        [2]Fairall C W,Bradley E F,D P Rogers,et al.Bulk Parameterizationn of Air-sea Fluxes for Tropical Ocean-Global Atmosphere/Coupled-Ocean Atmosphere Response Experiment[J].Geaphysical Research,1996,101(C2):3747-3764.

        [3]孫瑛琪.海表溫度測量對雷達最大探測距離估算的影響[D].武漢:海軍工程大學,2008.

        [4]Maxim.MAX6043 Datasheet[DB/OL].http://www.maxim-ic.com/,2004-5-18.

        [5]鄭兆平,曾漢生,丁翠嬌,等.紅外熱成像測溫技術(shù)及其應(yīng)用[J].紅外技術(shù),2003,25(1):96-98.

        [6]黃智偉.射頻集成電路芯片原理與應(yīng)用電路設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005:153-262.

        [7]黃智偉.單片無線數(shù)據(jù)通信IC原理與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004:257-263.

        [8]KIM Rahmelow.Electronic influences on an infrared detector signal: nonlinerity and amplification[J].Applopt,1997,36(10):2123-2132.

        [9]Emery W J,Yu Yurryue,Wick G A,et al.Correcting infrared satellite estimates of sea surface temperature for atmospheric water vapor attenuation[J].JGR,1994:5219-5236.

        [10]沈建華,董玉來,周 芳.2003年東海及部分黃海海域表面水溫狀況分析[J].海洋漁業(yè),2004,26(2):156-159.

        猜你喜歡
        單片機
        基于單片機的SPWM控制逆變器的設(shè)計與實現(xiàn)
        電子制作(2019年13期)2020-01-14 03:15:28
        基于單片機的層次漸變暖燈的研究
        電子制作(2019年15期)2019-08-27 01:12:10
        基于單片機的多功能智能插排
        電子制作(2019年11期)2019-07-04 00:34:48
        基于單片機的便捷式LCF測量儀
        電子制作(2019年9期)2019-05-30 09:42:02
        小議PLC與單片機之間的串行通信及應(yīng)用
        電子制作(2018年12期)2018-08-01 00:48:04
        MSP430單片機在仿真中要注意的幾點問題
        電子制作(2017年9期)2017-04-17 03:00:53
        基于單片機的平衡控制系統(tǒng)設(shè)計
        電子制作(2017年19期)2017-02-02 07:08:27
        基于單片機的三維LED點陣設(shè)計
        電子制作(2016年21期)2016-05-17 03:52:51
        Microchip推出兩個全新PIC單片機系列
        基于Proteus的單片機控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計
        国产精品久久久久影院| 国产精品美女久久久免费| 中文字幕av高清人妻| 国产成人av一区二区三区不卡| 无码精品人妻一区二区三区漫画| 欧美精品v国产精品v日韩精品| 人妻无码久久一区二区三区免费| 玩弄放荡人妻一区二区三区| 国产精品久久久久尤物| 啪啪无码人妻丰满熟妇| 天天躁日日躁狠狠躁av中文| 色婷婷六月天| 国产av综合一区二区三区最新| 久久久久久无码AV成人影院| 亚洲影院在线观看av| 日本一区二区三级免费| 久久精品国产亚洲av成人文字 | 亚洲综合av一区二区三区蜜桃| 亚洲av无码乱码在线观看牲色| 亚洲av无码偷拍在线观看| 亚洲加勒比久久88色综合| 中国农村熟妇性视频| 欧美性猛交xxxx黑人| 亚洲AV无码久久久一区二不卡| 亚洲AV成人综合五月天在线观看| 中文字幕有码在线人妻| 国产精品黄色片在线看| 亚欧免费无码aⅴ在线观看| 亚洲午夜福利在线观看| 四虎成人免费| 粉嫩国产白浆在线播放| 日本美女性亚洲精品黄色| 亚洲毛片在线观看免费| 精品综合久久久久久888蜜芽| 护士人妻hd中文字幕| 亚洲国产成人精品无码区在线观看 | 视频一区二区在线播放| 国产精品成人黄色大片| 国产av无码专区亚洲av男同 | 国产在线一区二区三区乱码| 男人扒开添女人下部免费视频|