CN203224306U - 一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统，包括温差电偶传感器、信号采集模块、单片机系统及大幅面液晶触摸屏，所述的信号采集模块是由两级放大电路及模数转换器组成，温差电偶传感器高温端（测温端）、低温端分别与信号放大电路的输入端、共地端相联接；温差电信号经放大后输入模数转换器将其转换为数字信号；单片机系统与模数转换器之间有功能控制和数据读取的联接；单片机系统将读取的数字化信号经过处理送至大幅面液晶触摸屏。本实用新型结构较简单，使用方便，测量精度高，便于动态实时海量存储与列表显示，可应用在基于温差电偶的测温系统或较弱电压信号检测等场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用电路系统，尤其涉及一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统。
背景技术
温差电偶传感器是一种能够实现热能和电能（温度与电动势）之间转化测量的传感器，其基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect）。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下（一般0℃）。根据热电动势与温度的函数关系，实现测温的目的。温差电动势的测量通常使用电位差计，而电位差计一般作为实验室的校准仪器使用，无法直接对信号进行后续处理及网络传输。
发明内容
为克服现有温差电动势测量仪器处理及应用技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种智能化的温差电偶传感器电压信号实时采集系统。
本实用新型通过单片机控制实现将电动势信号智能采集，可将采集到的实时信号大量存储；由大幅面触摸屏触摸进行指令控制并以表格形式将采集到的数据分屏显示。
为了解决上述技术问题，实现上述目的，本实用新型采用了如下技术 方案：
一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统，包括温差电偶传感器、信号采集模块、单片机系统及大幅面液晶触摸屏，所述的信号采集模块是由两级放大电路及模数转换器组成，温差电偶传感器高温端、低温端分别与信号放大电路的输入端、共地端相联接；温差电信号经放大后输入模数转换器将其转换为数字信号；单片机系统与模数转换器之间有功能控制和数据读取的联接；单片机系统将读取的数字化信号经过处理送至大幅面液晶触摸屏。
大幅面液晶触摸屏以数据表格的形式将采集得到的数据显示出来；大幅面液晶触摸屏带有的触摸功能实现对电动势信号采集参数的控制（包括有采样间隔、采样数据总量、采集开启、暂停等）。
所述信号采集模块是由第一放大器、第二放大器和高精度模数转换器组成；所述温差电偶传感器的正信号输出端连接所述第一放大器的同相输入端，所述温差电偶传感器的负信号输出端连接第一放大器的公共接地端，所述第一放大器的输出端通过电阻、电容滤波连接至所述第二放大器的同相输入端，所述第二放大器的输出端连接至高精度模数转化器，高精度模数转换器由单片机控制实现信号采集。
进一步的，第一放大器采用同相输入、电压跟随，达到输入高阻抗、信号源索取能量少的使路端电压逼近电动势；所述第一放大器的同相输入端连接有偏置电阻，负反馈支路含有防自激的相位补偿处理、输入失调电压调零电路。
进一步的，所述第二放大器仍采用同相输入实现高增益输出；具体要 求：精度高、功耗低、共模抑制比高和工作频带宽，尤其是高稳定性和极低温度漂移；所述的第二放大器同相输入端由电阻并联电容进行低通滤波器抗干扰处理，正、负电源有滤波处理，采用高精度、低噪声的金属膜电阻。
进一步的，所述模数转换器采用功耗低、噪声干扰小的16位高精度模数转换器，其参考电压输入支路有去纹波设计，工作电源输入有去耦、滤波处理。
进一步的，所述大幅面液晶屏为10.4寸及以上的触摸平板液晶屏；所述液晶屏为分辨率为640×480、256真彩TFT液晶屏；工作电压为5V直流电压；支持高速8位总线与单片机连接；低功耗且轻薄设计。
进一步的，所述单片机为16位及以上的大容量单片机控制芯片；所述单片机与所述模数转转器联接实现对转换器的指令控制与读取转换后的数字信号；与触摸液晶屏联接，实现触摸屏的指令输入及单片机对液晶屏的控制与数据显示。
本实用新型的温差电动势信号采集电路的工作过程如下：
当温差电偶传感器感高温输出端与低温端输联接至所述第一放大器的同相输入端与公共接地端，温差电动势信号依次经前级运放高阻抗电压跟随，再经过第二级放大后输入至高精度模数转换器供单片机采样，并将采集的的数据显示到由单片机控制的触摸大幅液晶屏。
本实用新型具有以下优点：
本实用新型的温差电偶传感器信号采集系统的结构较简单，使用方便，测量精度高，便于动态实时海量存储与列表显示，可应用在基于温差电偶 的测温系统或较弱电压信号检测等场合。
附图说明
图1为本实用新型的结构方框图。
图2为信号采集模块的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的技术实施过程做进一步说明。
一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统，如图1所示，包括温差电偶传感器、信号采集模块、单片机系统及大幅面液晶触摸屏，所述的信号采集模块是由两级放大电路及模数转换器组成，温差电偶传感器高温端、低温端分别与信号放大电路的输入端、共地端相联接；温差电信号经放大后输入模数转换器将其转换为数字信号；单片机系统与模数转换器之间有功能控制和数据读取的联接；单片机系统将读取的数字化信号经过处理送至大幅面液晶触摸屏。
所述信号采集模块，如图2所示，它是由第一放大器和第二放大器、高精度模数转换器组成。所述温差电偶传感器的正信号输出端连接所述第一放大器的同相输入端，所述温差电偶传感器的负信号输出端连接至采集系统的公共接地端，所述第一放大器的输出端通过电阻、电容滤波连接至所述第二放大器的同相输入端，所述第二放大器的输出端连接至模数转化器，模数转换器有单片机控制实现信号采集。
（1）温差电偶传感器使用J型标准化热电偶（镍铬-考铜）。高温端（即测温端）联接至高温被测物体，低温端置于恒定保温器中，保温器内盛有足量冰水混合物（0℃恒定）。高温输出端连接至第一级放大器同相输入端， 低温输出端联接至采集模块公共接地端。
（2）所述第一级放大器U1起电压跟随、高阻抗作用。第一级采用同相输入接有偏置电阻R6；负反馈电路由R4、R5构成，反馈电阻R4并有电容C1防自激的相位补偿；R1、R2和R3构成输入失调电压调零电路。第一级放大器U1使用OP07，其具有优点：超低偏移；低输入偏置电流1.8nA低失调电压漂移0.5μV/℃；超稳定，时间2μV/month最大。
（3）所述第二放大器U2主要实现高精度放大作用。所述第一级放大器的输出端通过由R7、R8、C2和C2π型网络（起偏置、低通滤波及抗干扰处理）连接所述第二放大器U2的同相输入端；反相输入端经平衡电阻R9接地；供电电源接有去纹波电容C4、C5；增益电阻为R10、对地输出电阻为R11。第二放大器U2使用INA118，其具有优点：精度高、功耗低、高稳定性、极低温度漂移、共模抑制比高和工作频带宽；电阻使用高精度、低噪声的金属膜电阻。
（4）所述模数转换器U3采用辨率高、功耗低、噪音干扰小的高精度A/D。所述第二级运放输出电压输入至此模数转换器的输入端；参考电压使用分压电路构成，分压电阻选高精度金属膜电阻R11、R12，R12并联去纹波抗扰动电容C6；工作电源VCC经去纹波电容C7设计；其他片选、时钟及读取端分别与单片机联接。模数转换器U3使用16为8脚的高精度ADS8321芯片，PA3为信号输出端，PB0、PB1为时钟及片选控制端，分别与MEGA128芯片管脚对应。
（5）所述单片机系统为AVR16位单片机MEGA128，且MEGA128扩展有大容量EEPROM，其通过图2中P1插座与触摸液晶屏相连接，触摸液晶屏用的是武汉鑫谷科技的TFT6448S-10.4。
上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统，其特征在于：包括温差电偶传感器、信号采集模块、单片机系统及大幅面液晶触摸屏，所述的信号采集模块是由两级放大电路及模数转换器组成，温差电偶传感器高温端、低温端分别与信号放大电路的输入端、共地端相联接；温差电信号经放大后输入模数转换器将其转换为数字信号；单片机系统与模数转换器之间有功能控制和数据读取的联接；单片机系统将读取的数字化信号经过处理送至大幅面液晶触摸屏。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统，其特征在于：所述信号采集模块是由第一放大器、第二放大器和高精度模数转换器组成；所述温差电偶传感器的正信号输出端连接所述第一放大器的同相输入端，所述温差电偶传感器的负信号输出端连接第一放大器的公共接地端，所述第一放大器的输出端通过电阻、电容滤波连接至所述第二放大器的同相输入端，所述第二放大器的输出端连接至高精度模数转化器，高精度模数转换器由单片机控制实现信号采集。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统，其特征在于：第一放大器采用同相输入、电压跟随，达到输入高阻抗、信号源索取能量少的使路端电压逼近电动势；所述第一放大器的同相输入端连接有偏置电阻，负反馈支路含有防自激的相位补偿处理、输入失调电压调零电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统，其特征在于：所述第二放大器仍采用同相输入实现高增益输出；所述的第二放大器同相输入端由电阻并联电容进行低通滤波器抗干扰处理，正、负电源有滤波处理，采用高精度、低噪声的金属膜电阻。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统，其特征在于：所述模数转换器采用功耗低、噪声干扰小的16位高精度模数转换器，其参考电压输入支路有去纹波设计，工作电源输入有去耦、滤波处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统，其特征在于：所述大幅面液晶屏为10.4寸及以上的触摸平板液晶屏；所述液晶屏为分辨率为640×480、256真彩TFT液晶屏；工作电压为5V直流电压；支持高速8位总线与单片机连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的温差电动势的智能平板采集系统，其特征在于：所述单片机为16位及以上的大容量单片机控制芯片；所述单片机与所述模数转转器联接实现对转换器的指令控制与读取转换后的数字信号；与触摸液晶屏联接，实现触摸屏的指令输入及单片机对液晶屏的控制与数据显示。
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| CN105444915A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-03-30 | 苏州扬佛自动化设备有限公司 | 一种高压开关柜监测控制电路 |
| WO2017152466A1 (zh) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 集成于液晶显示面板内的温度感测系统及液晶显示面板 |
| CN108955933A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-12-07 | 四川西南交大铁路发展股份有限公司 | 一种提高钢轨温度测量精度的测量电路及参数选取方法 |
| CN109682410A (zh) * | 2017-10-19 | 2019-04-26 | 江苏扬航光电科技有限公司 | 一种单路数据采集装置 |
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