温度传感器自动标定系统的软件设计

温度传感器自动标定系统的软件设计

王庆祝1 刘荣昌1 孙晓梅2 闫栋梁1

(1河北科技师范学院机械电子系 河北秦皇岛066600;2秦皇岛市第四中学D

摘要:简要介绍了以应用最多的温度传感器为突破口的温度传感器自动标定系统的硬件设计 主要阐述了用VB 语言开发用户界面 用VC ++创建数据采集动态链接库(DLL D 用Daf afif 软件进行数据拟合处理等的软件设计0

关键词:温度传感器;自动标定;数学模型;动态链接库

中图分类号:TP 311.11文献标识码:A 文章编号:1672-7983(2004D 04-0004-05

传感器在使用之前必须对其性能标定处理 以便在测量区域内更好地反映其真实特性0目前PC 机已在国内相当普及 采用基于PC 机的自动标定系统 将使传统的静态标定法发展成为以PC 机为主体的动态标定法 达到减少标定人员 减少人为误差 提高数据的准确性与可靠性的目的0笔者以温度(热电偶~热电阻D 传感器为突破口 进而开发其它常用传感器自动标定系统0将计算机数据采集~数据处理系统引入标定装置中 组成动态标定0其工作原理是在测试过程中 在电接点温度上升的任意时刻 待测传感器和标准传感器在同一温度下给出两个热电势信号即模拟量 通过A /D 转换将模拟量转换成数字量0由于标准热电偶(热电阻D 的温度与电势的函数关系已知 可将标准热电偶(热电阻D 输出的电势信号转换成温度 然后通过微机绘制出被测传感器的热电势 温度特性曲线 并实时显示~记录 最终得到其数学模型01自动标定系统的硬件设计

自动标定系统是由硬件和软件两部分组成 硬件配置原理如图10

图1硬件配置原理图

1.1PC 机的ISA 和PCI 总线

该系统软件适应于PC 机的

ISA 和PCI 总线0ISA 总线是8

位和8/16位兼容的总线 它有

24条地址线~16条数据线[1]0系

统采用了14条地址线和16条数

据线0PCI 总线是地址总线和数

据总线共用管脚 采用了多路复

用体系 PCI 总线宽度为32位

(5V D 并可升级为64位

(3.3V D [1]0系统中采用了12条

地址线和16条数据线0确定基板

地址为500H 0

1.2传感器及多路开关

标准传感器主要是考虑到温度传感器的常用性 从而选用测温范围宽~测量精度高的Pf 100热电阻(<500C D 和S 型热电偶(>500C D 传感器 标定的温度范围可达1000C 以上[2];系统先对这两种传感器进行标定 同时还可实现对输出为电压信号的仪器仪表进行标定0采用两片AD 7501的8路模拟开关 可实现同时对6路热电偶或6路热电阻双端输入~14路热电偶或14路热电阻单端输入传感器进行标定0如果需要标定其它类型传感器 只需对系统适当修改 即可进行扩展0

收稿日期:2004-04-08;修改稿收到日期

:

2004-11-18

1.3二级程控放大器

传感器输出电压为毫伏级信号 要与A /D 转换器匹配 必须经过放大处理O 考虑测试精度 在系统中采用两级放大 前置放大器为仪表放大器AD 623[3] 二级放大为OP -07O 一级放大增益选取了8个档位 分别是G l =l l 0 50 l 00 200 300 350 400倍;为了不超过AD 623放大极限

图2两级程控放大电路

图3A /D 转换电路1.4高精度A /D 转换器

考虑性价比及测试参数温度为缓变

量 采用l6位高速~高精度A /D 转换器

AD 976[4]O AD 976需使用一个外接的参

考源 参考源电压决定了模数转换器的

满量程范围 采用具有超低的漂移量~低

初始误差和低输出噪声的AD 780O 在电

源与地之间布置减小波动的滤波电容

<图3D O

2自动标定系统的软件设计

软件的主要开发环境为VB 6.0和

VC ++6.0语言 其中主界面部分是由VB 6.0语言编写 实现了采集设置~数据的动态采集~动态显示及数据处理~保存等主要功能O 在动态采集部分 用VC ++6.0创建了动态链接库 实现了软件对硬件的驱动O 将采集到的数据经处理后存入Access 数据库 实现传感器动态自动标定过程<图4D O

2.1系统主界面的设计

系统主界面的设计框架是仿WINDOWS 系统窗口 利用VB 语言所提供的控件<包括窗体控件~菜单控件~文本框控件~命令按钮控件~时钟控件和图形框控件D 进行设计 另外还利用VB 提供的多重窗体设计 增加了数据处理~放大器选择窗体等O 在多重窗体程序中 每个窗体可以有自己的界面和程序代码 完成不同的功能<图5D O

54期王庆祝等温度传感器自动标定系统的软件设计

图4自动标定系统的软件原理

图5自动标定系统的主界面

2 2软件程序功能

温度传感器动态自动标定系统 对被

测量物体进行定时或定温采集 且热电势

与温度可在同一时刻采集 这样就必须是

温度稳定在某一定值上再测热电势 电接

点温升为一连续过程 节省了温度从波动

到稳定的时间 因而将标定所用时间大大

缩短 该系统无需人为的观察仪表并读取

待标热电势值和标准温度值 而由被测系

统和标准系统直接将热电势信号输入计算

机处理 存盘并显示 因此 读数误差大大

降低O 由数据处理程序直接从保存的文件

取数 所绘出的热电势 温度特性曲线的准确性大大的提高 通过拟合得到精确的热电势与温度的数学模型O

2 动态链接库(DLL D

由于VB 不具备直接对硬件I O 地址进行访问的函数 为实现动态数据采集与处理 采用VC ++来创建对硬件端口访问的DLL 函数[5] 由VB 主程序调用 从而实现对I O 口的访问和控制 既能保留VB 设计界面的灵活和快捷 又能发挥DLL 在WINDOWS 环境下多个应用程序之间可共享代码和资源 从而提高运行效率的优势O

2 系统的DLL 应用采用VB 调用DLL 动态链接库模块 用以对数据采集端口的初始化 并且可获得任一通道的测量值O AD 976转换时间为10ps 端口地址为500H 启动方式控制字地址为40AH 取状态转换字的地址为409H (当D 7=1时 表示正在转换D O 由于VC 关于硬件端口的函数inp (D 和Oup (D 等仅支持DOS 程序 因此在创建DLL 模块时 需通过在VC 程序中嵌入汇编语言代码 以实现对端口的访问O 源代码文件INOUT C 即模块定义文件INOUT DEF O

INOUT C 源文件,

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6河北科技师范学院学报18

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