CN107705533A - 基于稳幅电路的低干扰温度监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于稳幅电路的低干扰温度监测系统，其特征在于，主要由微控制器，分别与微控制器相连接的GPRS无线传输模块和信号传输处理模块，与信号传输处理模块相连接的模数转换模块，与模数转换模块相连接的温度传感器，以及通过无线网络与GPRS无线传输模块相连接的移动终端组成。该信号传输处理模块可以对检测信号中的低频干扰信号和高频干扰信号进行过滤，排除干扰信号的影响，从而使通过无线网络传送到移动端的检测信号更加准确；并对检测信号进行放大，增强检测信号的增度，以弥补检测信号因长距离传输而产生的削弱。

Description

基于稳幅电路的低干扰温度监测系统

技术领域

本发明涉及温度监测领域，具体是指一种基于稳幅电路的低干扰温度监测系统。

背景技术

在高新技术的推动下，社会正跨入真正的数字化、智能化、网络化的时代，而温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍、重要的工艺参数之一。随着工业的为断发展，对温度测量的要求越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高。然而传统的温度监测系统对温度的监测精度不高，无法达到人们的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的温度监测系统对温度的监测精度不高的缺陷，提供一种基于稳幅电路的低干扰温度监测系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：基于稳幅电路的低干扰温度监测系统，主要由微控制器，分别与微控制器相连接的GPRS无线传输模块和信号传输处理模块，与信号传输处理模块相连接的模数转换模块，与模数转换模块相连接的稳幅电路，与稳幅电路相连接的温度传感器，以及通过无线网络与GPRS无线传输模块相连接的移动终端组成；所述信号传输处理模块由放大器P3，放大器P4，放大器P5，三极管VT2，偏置放大电路，负极与放大器P3的输出端相连接、正极与三极管VT2的基极相连接的电容C6，负极与电容C6的负极相连接、正极与三极管VT2的集电极相连接的电容C7，负极顺次经电阻R5和电阻R4后与电容C6的负极相连接、正极与放大器P4的正极相连接的电容C9，正极与三极管VT2的集电极相连接、负极与电容C9的负极相连接的电容C8，负极与放大器P4的输出端相连接、正极与偏置放大电路相连接的电容C10，正极接地、负极顺次经电位器R7和电阻R6后与电容C10的负极相连接的电容C11，与放大器P3的正极相连接的源极跟随电路，与源极跟随电路相连接的高通滤波电路，以及与高通滤波电路相连接的低通滤波电路组成；所述放大器P5的输出端与电容C9的负极相连接、其负极与其输出端相连接、其正极则与电位器R7的控制端相连接；所述放大器P4的负极与其输出端相连接；所述放大器P3的负极与其输出端相连接；所述低通滤波电路的输入端与模数转换模块相连接，所述偏置放大电路的输出端与微控制器相连接。

所述稳幅电路包括放大器P101，一端与放大器P101的负极相连接、另一端接地的电阻R102，正极接地、负极与放大器P101的正极相连接的电容C101，与电容C101相并联的电阻R103，一端与电容C101的负极相连接、另一端与温度传感器相连接的电阻R101，正极与电容C101的负极相连接、负极经电阻R104后与放大器P101的输出端相连接的电容C102，N极与放大器P101的输出端相连接、P极经电阻R105后与放大器P101的负极相连接的二极管D102，与二极管D102相并联的电阻R106，N极与二极管D102的P极相连接、P极与二极管D102的N极相连接的二极管D101，正极接地、负极与模数转换模块相连接的电容C103，以及串接在放大器P101的输出端和电容C103的负极之间的电阻R107。

进一步的，所述源极跟随电路由场效应管MOS，三极管VT6，正极与场效应管MOS的栅极相连接、负极与高通滤波电路相连接的电容C15，一端与电容C15的正极相连接、另一端接电源的电阻R14，负极与电容C15的正极相连接、正极经电阻R15后接地的电容C16，负极与场效应管MOS的源极相连接、正极与三极管VT6的集电极相连接的电容C17，负极与三极管VT6的发射极相连接、正极接地的电容C18，P极与电容C18的正极相连接、N极顺次经电阻R18和电阻R16后与三极管VT6的基极相连接的稳压二极管D6，N极与场效应管MOS的漏极相连接、P极经电阻R17后与电阻R16和电阻R18的连接点相连接的二极管D7，以及P极与电容C17的正极相连接、N极与放大器P3的正极相连接的二极管D5组成。

所述偏置放大电路由三极管VT3，三极管VT4，三极管VT5，负极与电容C10的正极相连接、正极与三极管VT3的基极相连接的电容C12，N极与三极管VT3的基极相连接、P极接地的二极管D3，串接在二极管D3的P极和三极管VT3的发射极之间的电阻R12，一端与三极管VT4的发射极相连接、另一端接地的电阻R13，负极与三极管VT4的发射极相连接、正极与微控制器相连接的电容C14，正极与三极管VT3的集电极相连接、负极经二极管D4后与三极管VT5的基极相连接的电容C13，串接在三极管VT5的基极和集电极之间的电阻R9，一端与三极管VT5的发射极相连接、另一端经电阻R11后与三极管VT4的集电极相连接的电阻R10，以及一端与三极管VT3的基极相连接、另一端与电阻R10和电阻R11的连接点相连接的电阻R8组成；所述三极管VT3的集电极与三极管VT4的基极相连接；所述三极管VT5的集电极接电源。

所述高通滤波电路由放大器P2，正极与放大器P2的正极相连接、负极与放大器P2的输出端相连接的电容C4，负极与放大器P2的负极相连接、正极与放大器P2的输出端相连接的电容C5，一端与放大器P2的正极相连接、另一端接地的电阻R3，以及负极与放大器P2的正极相连接、正极与低通滤波电路相连接的电容C3组成；所述放大器P2的输出端与电容C15的负极相连接。

所述低通滤波电路由放大器P1，三极管VT1，N极经电阻R1后与放大器P1的正极相连接、P极与模数转换模块相连接的二极管D1，正极与二极管D1的N极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的电容C1，串接在放大器P1的负极和输出端之间的电阻R2，以及正极与放大器P1的负极相连接、负极与三极管VT1的基极相连接的电容C2组成；所述三极管VT1的集电极与放大器P1的输出端相连接、发射极接地；所述放大器P1的输出端与电容C3的正极相连接。

所述放大器P1～P5均为TL061型放大器。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明的信号传输处理模块可以对检测信号中的干扰信号进行过滤，排除干扰信号的影响，从而使通过无线网络传送到移动端的检测信号更加准确。

(2)本发明的信号传输处理模块可以对检测信号进行放大处理，增强检测信号的增度，从而可以弥补检测信号因长距离传输而产生的削弱。

(3)本发明的稳幅电路可以稳定信号的幅度，使信号更加稳定。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明的信号传输处理模块的结构图。

图3为本发明的源极跟随电路的结构图。

图4为本发明的稳幅电路的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明主要由微控制器，信号传输处理模块，模数转换模块，稳幅电路，温度传感器，GPRS无线传输模块以及移动终端组成。

该温度传感器设置于检测现场，用于采集检测现场的温度并输出相应的模拟信号给稳幅电路，其采用湖南菲尔斯特传感器有限公司生产的FST600-101型温度传感器来实现。稳幅电路对信号进行处理后，将信号传输给模数转换模块，该模数转换模块用于将稳幅电路输出的模拟信号转换为数字信号输出给信号传输处理模块，该模数转换模块采用AD7810模数转换芯片来实现，该AD7810模数转换芯片的VIN+管脚与稳幅电路的信号输出接口相连接，其DOUT管脚则与信号传输处理模块的输入端相连接。

该微控制器作为本发明的处理中心，其对信号传输处理模块输出的检测信号进行编码后发送给GPRS无线传输模块；该微控制器采用AT89S51单片机来实现，该AT89S51单片机的P1.0I/O接口与信号传输处理模块的输出端相连接，其P2.1I/O接口则与GPRS无线传输模块的信号输入接口相连接。该GPRS无线传输模块通过无线网络与移动终端相连接，其可以将检测信号通过无线网络发送给移动终端，其采用KELINK-2010无线传输模块来实现。该移动终端则为手机或电脑，用户可以通过手机或电脑实时的了解检测现场的温度情况。

工作时，温度传感器采集检测现场的实时温度信号，并输出相应的模拟信号给稳幅电路。该稳幅电路对信号进行处理后输出给模数转换模块，模数转换模块将模拟信号转换为数字信号后传输给信号传输处理模块，信号传输处理模块将数字信号进行处理后传输给微控制器。该微控制器对数字信号进行编码后发送给GPRS无线传输模块，该GPRS无线传输模块则通过无线网络将信号发送给移动终端。

为了更好的对检测信号进行处理，如图4所示，所述稳幅电路包括放大器P101，一端与放大器P101的负极相连接、另一端接地的电阻R102，正极接地、负极与放大器P101的正极相连接的电容C101，与电容C101相并联的电阻R103，一端与电容C101的负极相连接、另一端与温度传感器相连接的电阻R101，正极与电容C101的负极相连接、负极经电阻R104后与放大器P101的输出端相连接的电容C102，N极与放大器P101的输出端相连接、P极经电阻R105后与放大器P101的负极相连接的二极管D102，与二极管D102相并联的电阻R106，N极与二极管D102的P极相连接、P极与二极管D102的N极相连接的二极管D101，正极接地、负极与模数转换模块相连接的电容C103，以及串接在放大器P101的输出端和电容C103的负极之间的电阻R107。

该稳幅电路可以稳定模拟信号的幅度，使模拟信号更加稳定，提高温度监测的精度。其中，模拟信号经电阻R101输入进来后，经放大器P101进行放大，二极管D101和二极管D102则可以将模拟信号的幅度进行限定，使模拟信号的幅度更稳定，放大器P101输出的信号经电阻R107后输入给模数转换模块。在本实施例中，该放大器的型号为TL061，二极管D101和二极管D102的型号为1N4001，电容C101，电容C102以及电容C103的容值均为0.01μF，电阻R101的阻值为10KΩ，电阻R102的阻值为5.1KΩ，电阻R103、电阻R104以及电阻R105的阻值均为10KΩ，电阻R106的阻值为6.2KΩ，电阻R107的阻值为5KΩ。

如图2所示，所述信号传输处理模块由放大器P3，放大器P4，放大器P5，三极管VT2，偏置放大电路，负极与放大器P3的输出端相连接、正极与三极管VT2的基极相连接的电容C6，负极与电容C6的负极相连接、正极与三极管VT2的集电极相连接的电容C7，负极顺次经电阻R5和电阻R4后与电容C6的负极相连接、正极与放大器P4的正极相连接的电容C9，正极与三极管VT2的集电极相连接、负极与电容C9的负极相连接的电容C8，负极与放大器P4的输出端相连接、正极与偏置放大电路相连接的电容C10，正极接地、负极顺次经电位器R7和电阻R6后与电容C10的负极相连接的电容C11，与放大器P3的正极相连接的源极跟随电路，与源极跟随电路相连接的高通滤波电路，以及与高通滤波电路相连接的低通滤波电路组成；所述放大器P5的输出端与电容C9的负极相连接、其负极与其输出端相连接、其正极则与电位器R7的控制端相连接；所述放大器P4的负极与其输出端相连接；所述放大器P3的负极与其输出端相连接；所述低通滤波电路的输入端与模数转换模块相连接，所述偏置放大电路的输出端与微控制器相连接。

其中，该放大器P4、放大器P5、电阻R6、电位器R7、电容C9、电容C8，电容C7、电容C6、三极管VT2、电阻R4以及电阻R5共同形成一个陷波电路，该陷波电路可以对信号采集和传输过程中的工频干扰进行滤除，使检测信号在传输和处理的过程中更加稳定，提高移动终端接收到的检测信号的准确性。该放大器P3～P5均采用TL061型放大器，该放大器P5、电阻R6以及电位器R7则构成放大器P4的正反馈电路，该正反馈电路用于进行阻抗变换。该三极管VT2的型号为3DG6，该电容C6～C9的容值均为0.047μF，电容C10和电容C11的容值均为0.1μF，二极管D2的型号为1N4001，电阻R4～R6的阻值均为15KΩ，电位器R7的最大阻值为2KΩ。

该高通滤波电路由放大器P2，电容C3，电容C4，电容C5以及电阻R3组成。其中，该电容C4的正极与放大器P2的正极相连接，负极与放大器P2的输出端相连接。电容C5的负极与放大器P2的负极相连接，正极与放大器P2的输出端相连接。电阻R3的一端与放大器P2的正极相连接，另一端接地。电容C3的负极与放大器P2的正极相连接，正极与低通滤波电路相连接。所述放大器P2的输出端与源极跟随电路相连接。

该放大器P2，电容C4以及电容C5共同构成一个高通滤波器；从低通滤波电路输出的检测信号经电容C3后输入到高通滤波器，由高通滤波器对掺杂在检测信号中的高频干扰信号进行过滤。该放大器P2的型号为TL061，电容C4和电容C5的容值均为10μF，该高通滤波器的截止频率为100HZ。该电容C3的容值为0.1μF，电阻R3的阻值则为22KΩ。

另外，该低通滤波电路由放大器P1，三极管VT1，电阻R1，电阻R2，电容C1，电容C2以及二极管D1组成。

连接时，二极管D1的N极经电阻R1后与放大器P1的正极相连接，P极与模数转换模块相连接。电容C1的正极与二极管D1的N极相连接，负极与放大器P1的输出端相连接。电阻R2串接在放大器P1的负极和输出端之间。电容C2正极与放大器P1的负极相连接，负极与三极管VT1的基极相连接。所述三极管VT1的集电极与放大器P1的输出端相连接，发射极接地。所述放大器P1的输出端与电容C3的正极相连接。

该放大器P1、三极管VT1、电容C1、电容C2、电阻R1以及电阻R2共同形成一个低通滤波器，该低通滤波器可以对掺杂在检测信号中的低频干扰信号进行过滤。该放大器P1的型号为TL061，三极管VT1的型号则为3DG6，该电容C1和电容C2的容值均为0.047μF，电阻R1的阻值为10KΩ，电阻R2的阻值则为24KΩ，该低通滤波器的截止频率为0.05HZ。该二极管D1的型号为1N4001。

该偏置放大电路由三极管VT3，三极管VT4，三极管VT5，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，二极管D3，二极管D4，电容C12，电容C13以及电容C14组成。

连接时，电容C12的负极与电容C10的正极相连接，正极与三极管VT3的基极相连接。二极管D3的N极与三极管VT3的基极相连接，P极接地。电阻R12串接在二极管D3的P极和三极管VT3的发射极之间。电阻R13的一端与三极管VT4的发射极相连接，另一端接地。电容C14的负极与三极管VT4的发射极相连接，正极与微控制器的P1.0I/O接口相连接。电容C13的正极与三极管VT3的集电极相连接，负极经二极管D4后与三极管VT5的基极相连接。电阻R9串接在三极管VT5的基极和集电极之间。电阻R10的一端与三极管VT5的发射极相连接，另一端经电阻R11后与三极管VT4的集电极相连接。电阻R8的一端与三极管VT3的基极相连接，另一端与电阻R10和电阻R11的连接点相连接。所述三极管VT3的集电极与三极管VT4的基极相连接。所述三极管VT5的集电极接9V电源。

其中，三极管VT5，电阻R9，电阻R10，电阻R11，二极管D4以及电容C13共同组成偏置电路；该偏置电路可以输出稳定的偏置电流。该三极管VT3，三极管VT4以及电容C14则组成一个放大器；放大器P4输出的检测信号经电容C10和电容C12后输入到放大器，由放大器对检测信号进行放大，并输送给微控制器，由于该放大器拥有稳定的偏置电流，所述该放大器可以不失真的对检测信号进行放大，提高检测信号的强度。该三极管VT3～VT5均采用2N3053型三极管，二极管D3和二极管D4的型号均为1N4001，该电容C12的容值为47μF，电容C13和电容C14的容值均为100μF，电阻R8的阻值为5.6KΩ，电阻R12和电阻R13的阻值均为22KΩ，电阻R10和电阻R11的阻值均为3.3KΩ，电阻R9的阻值为490Ω。

如图3所示，该源极跟随电路由场效应管MOS，三极管VT6，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电阻R18，电容C15，电容C16，电容C17，电容C18，二极管D5，稳压二极管D6以及二极管D7组成。

连接时，电容C15的正极与场效应管MOS的栅极相连接，负极与放大器P2的输出端相连接。电阻R14的一端与电容C15的正极相连接，另一端接9V。电容C16的负极与电容C15的正极相连接，正极经电阻R15后接地。电容C17的负极与场效应管MOS的源极相连接，正极与三极管VT6的集电极相连接。电容C18的负极与三极管VT6的发射极相连接，正极接地。稳压二极管D6的P极与电容C18的正极相连接，N极顺次经电阻R18和电阻R16后与三极管VT6的基极相连接。二极管D7的N极与场效应管MOS的漏极相连接，P极经电阻R17后与电阻R16和电阻R18的连接点相连接。二极管D5的P极与电容C17的正极相连接，N极与放大器P3的正极相连接。

其中，该场效应管MOS构成源极跟随器；该三极管VT6，电容C18，稳压二极管D6，电阻R18，电阻R17以及二极管D7则构成一个恒流电路，从而确保了源极跟随器的稳定性。该场效应管MOS采用2SK15型场效应管，三极管VT6则采用2SC400型三极管，电容C15～C18的容值均为0.1μF，该电阻R14和电阻R15的阻值均为100KΩ，电阻R16的阻值为1.2KΩ，电阻R17和电阻R18的阻值均为18KΩ，二极管D5～D7的型号均为1N4001。该源极跟随电路可以对检测信号的频率进行调整，其输出的检测信号更稳定，以便后续电路更好的对检测信号进行处理。

该信号传输处理模块可以对检测信号中的低频干扰信号和高频干扰信号进行过滤，排除干扰信号的影响，从而使通过无线网络传送到移动端的检测信号更加准确；并对检测信号进行放大，增强检测信号的增度，以弥补检测信号因长距离传输而产生的削弱，使移动端更好的接收温度信号。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (6)

1.基于稳幅电路的低干扰温度监测系统，其特征在于，主要由微控制器，分别与微控制器相连接的GPRS无线传输模块和信号传输处理模块，与信号传输处理模块相连接的模数转换模块，与模数转换模块相连接的稳幅电路，与稳幅电路相连接的温度传感器，以及通过无线网络与GPRS无线传输模块相连接的移动终端组成；所述信号传输处理模块由放大器P3，放大器P4，放大器P5，三极管VT2，偏置放大电路，负极与放大器P3的输出端相连接、正极与三极管VT2的基极相连接的电容C6，负极与电容C6的负极相连接、正极与三极管VT2的集电极相连接的电容C7，负极顺次经电阻R5和电阻R4后与电容C6的负极相连接、正极与放大器P4的正极相连接的电容C9，正极与三极管VT2的集电极相连接、负极与电容C9的负极相连接的电容C8，负极与放大器P4的输出端相连接、正极与偏置放大电路相连接的电容C10，正极接地、负极顺次经电位器R7和电阻R6后与电容C10的负极相连接的电容C11，与放大器P3的正极相连接的源极跟随电路，与源极跟随电路相连接的高通滤波电路，以及与高通滤波电路相连接的低通滤波电路组成；所述放大器P5的输出端与电容C9的负极相连接、其负极与其输出端相连接、其正极则与电位器R7的控制端相连接；所述放大器P4的负极与其输出端相连接；所述放大器P3的负极与其输出端相连接；所述低通滤波电路的输入端与模数转换模块相连接，所述偏置放大电路的输出端与微控制器相连接；

所述稳幅电路包括放大器P101，一端与放大器P101的负极相连接、另一端接地的电阻R102，正极接地、负极与放大器P101的正极相连接的电容C101，与电容C101相并联的电阻R103，一端与电容C101的负极相连接、另一端与温度传感器相连接的电阻R101，正极与电容C101的负极相连接、负极经电阻R104后与放大器P101的输出端相连接的电容C102，N极与放大器P101的输出端相连接、P极经电阻R105后与放大器P101的负极相连接的二极管D102，与二极管D102相并联的电阻R106，N极与二极管D102的P极相连接、P极与二极管D102的N极相连接的二极管D101，正极接地、负极与模数转换模块相连接的电容C103，以及串接在放大器P101的输出端和电容C103的负极之间的电阻R107。

2.根据权利要求1所述的基于稳幅电路的低干扰温度监测系统，其特征在于，所述源极跟随电路由场效应管MOS，三极管VT6，正极与场效应管MOS的栅极相连接、负极与高通滤波电路相连接的电容C15，一端与电容C15的正极相连接、另一端接电源的电阻R14，负极与电容C15的正极相连接、正极经电阻R15后接地的电容C16，负极与场效应管MOS的源极相连接、正极与三极管VT6的集电极相连接的电容C17，负极与三极管VT6的发射极相连接、正极接地的电容C18，P极与电容C18的正极相连接、N极顺次经电阻R18和电阻R16后与三极管VT6的基极相连接的稳压二极管D6，N极与场效应管MOS的漏极相连接、P极经电阻R17后与电阻R16和电阻R18的连接点相连接的二极管D7，以及P极与电容C17的正极相连接、N极与放大器P3的正极相连接的二极管D5组成。

3.根据权利要求2所述的基于稳幅电路的低干扰温度监测系统，其特征在于，所述偏置放大电路由三极管VT3，三极管VT4，三极管VT5，负极与电容C10的正极相连接、正极与三极管VT3的基极相连接的电容C12，N极与三极管VT3的基极相连接、P极接地的二极管D3，串接在二极管D3的P极和三极管VT3的发射极之间的电阻R12，一端与三极管VT4的发射极相连接、另一端接地的电阻R13，负极与三极管VT4的发射极相连接、正极与微控制器相连接的电容C14，正极与三极管VT3的集电极相连接、负极经二极管D4后与三极管VT5的基极相连接的电容C13，串接在三极管VT5的基极和集电极之间的电阻R9，一端与三极管VT5的发射极相连接、另一端经电阻R11后与三极管VT4的集电极相连接的电阻R10，以及一端与三极管VT3的基极相连接、另一端与电阻R10和电阻R11的连接点相连接的电阻R8组成；所述三极管VT3的集电极与三极管VT4的基极相连接；所述三极管VT5的集电极接电源。

4.根据权利要求3所述的基于稳幅电路的低干扰温度监测系统，其特征在于，所述高通滤波电路由放大器P2，正极与放大器P2的正极相连接、负极与放大器P2的输出端相连接的电容C4，负极与放大器P2的负极相连接、正极与放大器P2的输出端相连接的电容C5，一端与放大器P2的正极相连接、另一端接地的电阻R3，以及负极与放大器P2的正极相连接、正极与低通滤波电路相连接的电容C3组成；所述放大器P2的输出端与电容C15的负极相连接。

5.根据权利要求4所述的基于稳幅电路的低干扰温度监测系统，其特征在于，所述低通滤波电路由放大器P1，三极管VT1，N极经电阻R1后与放大器P1的正极相连接、P极与模数转换模块相连接的二极管D1，正极与二极管D1的N极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的电容C1，串接在放大器P1的负极和输出端之间的电阻R2，以及正极与放大器P1的负极相连接、负极与三极管VT1的基极相连接的电容C2组成；所述三极管VT1的集电极与放大器P1的输出端相连接、发射极接地；所述放大器P1的输出端与电容C3的正极相连接。

6.根据权利要求5所述的基于稳幅电路的低干扰温度监测系统，其特征在于，所述放大器P1～P5均为TL061型放大器。