温度采集电路设计

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1、温度采集电路设计(滤波、峰值保持、多路开关、AD转换)温度采集电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的部分。本系统根据工艺要求对加热炉出口的工件进行实时的温度检测。当加热炉出口没有工件被推出时，温度采集部分不进行温度采集；当有工件被推出时，通过气缸的驱动信号和气缸的位置开关信号获得工件的推出时刻和温度采集的时间段，温度采集部分在工件从加热炉被推出的时刻开始采集工件的温度，根据本次设计的要求，要在温度采集时间段内对工件进行20个点的温度采集，并要采集到工件温度的峰值。3.2.1温度传感器部分1.温度传感器的选取由于温度传

2、感器要测取的是加热炉出口的被推出的高温的金属工件，加热工件的温度高达上千度，且是要测量处于运动状态的工件，且工业现场的灰尘、震动等的干扰严重。所以可以考虑热电偶温度传感器或者红外温度传感器。但考虑到工艺要求和在加热炉出口处热电偶温度传感器安装的难度比较大，所以优先考虑红外温度传感器。根据技术指标，温度测量范围600℃～1200℃，温度测量误差±4℃，考虑到后面还有A/D转换器部分和软件部分会增大测量误差，所以温度传感器的分辨率和精度最好控制在±1℃以内。综合上述因素，温度传感器部分选取海贝尔公司HBIR系列的在线式红外测温探头HBIR—5816

3、。HBIR系列工业级在线式红外测温探头安装简便，易于维护，适用于电力、冶金等相关领域的测温。2.HBIR—5816介绍测温范围：600℃～1500℃分辨率：0.1℃精度：±1.0℃响应时间：100ms供电要求：+5VDC,+12VDC,+24VDC模拟输出：4～20mA表3.1传感器引线定义表电缆芯线芯线名称红色电源正端黑色电源负端黄色模拟信号正端绿色模拟信号负端裸色屏蔽接地端3.2.2低通滤波电路本次设计应用于工业现场，由于工业现场环境恶劣，高频噪声干扰严重，高频干扰会严重影响温度采集部分采集的温度信号的精度，进而会影响到控制器的控制精度，采

4、集温度信号的精度关系到温度控制器设计的成败，所以应根据红外温度传感器输出的信号频率特点，对红外温度传感器输出的温度信号进行相应的滤波处理。按照电气和电子工程师学会(IEEE)制定的频谱划分表，低频频率为30～300kHz，中频频率为300～3000kHz，高频频率为3～30MHz，频率范围在30～300MHz的为甚高频，在300～1000MHz的为特高频。温度采集部分红外温度传感器的响应时间为100ms，对温度传感器输出的信号频率计算如下。f=1/T=1/100ms=10Hz根据计算得出的结果，红外温度传感器输出的信号频率为10Hz，属于低频信

5、号。按照频谱划分表，温度传感器输出信号的频率远低于中高频率的信号。所以滤波电路部分应采用低通滤波电路，考虑要有一些裕量，低通滤波电路的截止频率设定为1KHz。1.滤波器的选择滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：a.无源滤波器:由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成。但无源滤波器带负载后，通带放大倍数的数值减小，通带截止频率升高。可见，无源滤波器的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，这一缺点通常不符合信号处理的要求。b.有源滤波器:一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗

6、很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用，这种特性使得负载不再影响滤波器的滤波特性。利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。将上述无源滤波器和有源滤波器的特点进行对比后，选择有源滤波器。2.滤波器阶数选择滤波器的阶数越高，幅频特性衰减的速率越快，但RC网络节数越多，元件参数计算越繁琐，电路的调试越困难。任何高阶滤波器都可由一阶和二阶滤波器级联而成。对于n为偶数的高阶滤波器，可以由n/2节二阶滤波器级联而成；而n为奇数的高阶

7、滤波器可以由(n-1)/2节二阶滤波器和一节一阶滤波器级联而成，因此一阶滤波器和二阶滤波器是高阶滤波器的基础。一阶低通滤波器特点是电路简单，过渡带较宽，幅频特性的最大衰减斜率仅为-20dB/十倍频，阻带衰减太慢，选择性较差。增加RC环节可加大衰减斜率。结合本次设计设定的截止频率远低于工业现场的高频干扰，本设计选择滤波器的阶数为二阶。3.有源低通滤波器运放的选择运算放大器是目前应用最广泛的一种器件，虽然各种不同的运放结构不同，但对于外部电路而言，其特性都是一样的。运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级，其中输入级一般是采用

8、差动放大电路（抑制电源），中间级一般采用有源负载的共射负载电路（提高放大倍数），输出级一般采用互补对称输出级电路（提高电路驱动负载的能力）。运算放大器