温度检测系统设计与误差分析研究

摘要

人类社会从工业时代进入了信息时代。信息时代最重要的就是信息获取。温度参数作为一个重要的信息参数，温度的测量在各个领域都随处可见。温度检测的方式主要分为:接触式和非接触式测温。在实际应用中，还需要根据具体的情况来选择恰当的测温方法。尽管目前市场上温度测量检测仪器层出不穷，随着制作工艺水平的提高，测量的精度也越来越高，但是高精度、宽量程、多通道的温度检测仪，价格都十分昂贵，因此设计出可靠、经济、简单的多路温度检测系统具有现实应用意义。
　　所设计温度检测系统，检测15路温度，温度检测范围190～230℃，要求误差不大于±2℃，选取J型热电偶作为温度传感器。为了保证系统的精度，设计温度检测电路，使温度与电压呈线性输出，斜率为10mV/℃。通过试验分析，温度检测电路达到了系统的精度要求，绝对误差在0.3～1.3℃，相对误差0.2～0.62％。采用单片机STC89C58RD+控制多通道A/D转换芯片TLC2543进行温度数据的循环采集。在软件设计的过程中，采用数字滤波的方法进行数据处理，一级数字滤波采用粗大误差剔除法，二级数字滤波采用去极值平均滤波法。
　　在恒温箱的模拟温度场中测试温度检测系统，得到测试结果后对系统进行误差分析，系统的绝对误差为:0.4～1.5℃，相对误差为:0.21～0.68％。为了进一步提高系统的精度，采用最小二乘法校正系统误差，校正后，系统的最大相对误差为0.26％，明显降低，但是为了进一步确定系统的精度，对系统进行不确定度分析，通过分析系统的不确定度，表明系统具有较高的测量精度。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 目的和意义

1．2 温度检测的国内外现状

1．2．1 温度检测概述

1．2．2 国内外温度检测研究现状及趋势

1．3 本论文研究的主要内容

2 温度检测原理及设计方案

2．1 温度检测原理

2．1．1 温度与温标

2．1．2 温度测量方法及原理

2．2 指标要求

2．3 温度检测系统设计方案

2．3．1 温度检测模块

2．3．2 信息处理模块

2．3．3 核心处理器模块

2．4 本章小结

3 温度检测系统硬件设计

3．1 温度检测电路设计

3．1．1 测温原理

3．1．2 温度检测电路设计

3．2 模数转换电路

3．2．1 接口电路

3．2．2 命令字

3．2．3 接口时序

3．3 单片机接口电路

3．3．1 SPI通信

3．3．2 单片机扩展SPI总线系统结构

3．4 按键电路

3．5 液晶显示

3．6 本章小结

4 温度检测系统软件设计

4．1 系统主程序设计

4．2 数据采集处理子程序设计

4．2．1 常见的数字滤波方法

4．2．2 粗大误差剔除

4．2．3 去极值平均滤波

4．3 A／D采集程序设计

4．4 液晶显示程序设计

4．5 键盘程序设计

4．6 本章小结

5 系统误差分析

5．1 系统调试

5．2 误差分析

5．2．1 AD转换部分

5．2．2 温度检测电路

5．3 系统运行结果

5．4 最小二乘法校正

5．5 测量不确定度评价

5．5．1 不确定度与误差

5．5．2 测量系统不确定度评价

5．5．3 温度测量系统不确定度评价

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文