温度传感器的论文

评职称或毕业的时候，都会遇到论文的烦恼，为此精选了《温度传感器的论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。摘要本文通过引入无线传感器网络技术，对变电站设备温度监测系统进行了设计，它能对重要的电力电气设备的温度进行在线监测，具有较高的现实意义和使用价值。

第一篇：温度传感器的论文

基于TICC2530的无线烟雾温度网络传感器在火灾预警系统中的应用

摘 要：无线传感器网络技术是典型的具有交叉学科性质的高科技技术，可以广泛应用于军事、医疗、工业、灾害预测等领域。无线传感器网络由许多功能相同和不同的无线传感器节点组成，基于zigbee通信协议的物联网主要由协调器、汇聚节点、传感器节点组成，系统由协调器于上位机通信，传感器节点自动加入网络的特点。

关键词：Zigbee网络;火灾预警系统

1 概述

Zigbee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中的设备可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)3种角色。

ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。

目前ZigBee的应用领域主要有：工业、农业无线监测系统、智能家居物联网个人监控、医院病人定位、城市智能交通、户外作业及地下矿场安全监护。

本系统采用TI公司内嵌zigbee协议的CC2530的CPU搭载烟雾、温度传感器组网，由传感器节点(EndDivce)、汇聚节点(Router)、协调器(Coordinator)组网，最后由协调器通过串口把数据传输给上位机处理，上位机分析烟雾和温度数据，当检测到危险情况立即发出报警信息。

系统原理如图1所示。

2 系统硬件设计

CC2530是用于RF4CE和2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee应用上一个真正的片上系统(SoC)解决方案，而本CPU正是采用TI公司的CC2530。它的优势就在于建立强大的网络节点却能用非常低的总的材料成本。并结合了领先的RF 收发器的优良性能，系统内部可编程闪存，业界标准的增强型8051 CPU，8-KB RAM 和其他许多强大的功能。

其中，CC2530F256 结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈(Z-Stack?)，提供了一个完整和强大的ZigBee解决方案。

最后，CC2530F64 结合了德州仪器的黄金单元RemoTI，更好地提供了一个强大和完整的ZigBee RF4CE 远程控制解决方案。

2.1 2MQ-2型烟雾传感器工作原理

其属于二氧化锡半导体气敏材料，当M Q -2处于200℃～300℃温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，在其表面形成氧的负离子吸附层，这样造成电子密度减少，从而提高了其电阻值。遇到可燃气体时原来吸附的氧被可燃气体所消耗，以正离子态的可燃烟雾吸附在半导体表面，氧被结合放出电子，烟雾以正离子态吸附也会放出电子，使半导体带电子密度升高，从而使其电阻值减小，这样就可以通过检测电阻转换成的电压信号来感知环境信息。当环境中的可燃气体浓度下降后二氧化锡半导体又会恢复到常态，电阻值升高到初始值。

2.2 温度传感器DS18B20的工作原理

全数字温度转换及输出，通过查询内部相应寄存器得出。单总线数据控制通信。最高分辨率12位，精度可达±0.5℃。检测温度范围-55℃～+125℃(-67℉～257℉)。内置EEPROM，限温报警功能。

3 软件设计

Z-Stack中带有一个基于优先级的轮转查询操作系统OSAL(Operating System

温度测量函数：

4 结语

本系统采用TI公司的CC2530CPU作为基本平台，搭载温度DS18B20温度和MQ-2烟雾传感器结合CC2530内嵌的Zigbee物联网通信协议智能组网构成的无线传感器在火灾预测和预防方面的典型应用，在相关领域具有非常广泛的推广价值。

[参考文献]

[1]姜连祥，汪小燕.无线传感器网络硬件设计综述[J].单片机与嵌入式系统应用，2006(11)：78-82.

[2]刘超伟，赵俊淋，易卫东.基于nRF24L01的无线图像传感器节点设计实现[J].电子测量技术，2008(6)：34-36.

[3]朱祥贤，孙岐峰，杨永.无线传感器网络的体系结构及其应用[J].信息通信，2009(6)：90-93.

The Application of Fire Warning System Based on TICC2530 Wireless Smoke Temperature Sensor

Liu Hesheng， Meng Mi

(Chongqing Telecom Vocational and Technical College， Chongqing 402247，China)

Key words： Zigbee network; fire warning system

作者：刘鹤生 孟宓

第二篇：基于无线传感器网络的变电站设备温度监测系统设计

摘 要 本文通过引入无线传感器网络技术，对变电站设备温度监测系统进行了设计，它能对重要的电力电气设备的温度进行在线监测，具有较高的现实意义和使用价值。

关键词 无线传感器网络，变电站设备，温度监测，节点

1引言

变电站设备是电力生产的重要设备，它们在电力系统中的地位异常重要，但变电站设备在正常的运行应用过程中，极容易因为装置设备老化或者是温度过高等问题，发生运行故障事故，这会对于电力系统的安全稳定运行会产生不利影响。基于无线传感器网络的变电站设备温度监测系统，就是为了保证变电站设备安全运行而设计的。该系统能够实现温度数据的采集、融合和传输，是保证整个电力系统安全稳定运行的重要手段。

2系统的测温原理

本系统使用在线式红外测温仪对变电站敏感设备进行温度测量。测温仪采用固定安装的方式，以使被测设备辐射出的红外能量易于被红外测温仪的物镜接受为安装原则。首先，变电战运行过程中，被测设备辐射出的紅外能量通过测温仪的物镜汇聚到红外探测器上;然后，探测器将辐射能转换成电信号，又通过前置放大器、主放大器将信号放大、整形、滤波后，经过A/D转换电路处理，输入微处理器;最后，微处理器在内部经过线性化处理、温度补偿和发射率修正后，把温度值通过无线传感器网络上报给监控室的主控计算机。

3系统的总体方案

基于无线传感器网络的变电站设备温度监测系统包括硬件系统和软件系统两部分。硬件系统主要包括：温度采集节点(主要部分是温度采集传感器)、汇聚节点和监控室的主控计算机组成。软件系统包括汇聚节点和温度采集节点的程序设计。

数据采集节点的温度传感器负责测量现场温度，微处理模块负责对采集数据进行预处理，并通过nRF905射频收发器芯片将处理数据上报给汇聚节点。汇聚节点按照一定的频率间隔陆续监听各个采温节点上报的设备温度，并将其与该设备设定的报警温度阈值进行比较，若正常则继续监听下一个采温节点上报的设备温度;否则，将该异常数据以通过RS485总线的方式上报给监控室的主控计算机，并同时通过nRF905射频收发器芯片对采温节点下达温度跟踪采集上报的命令，采温节点的微处理器在收到命令后，将控制安装在变电站监测设备上的温度传感器对设备温度进行跟踪采集。监控室主控计算机通过RS485串行总线的方式自动周期地从汇聚节点读取所接收的测温数据，并对数据进行分析，发现超过警戒的温度或温度发生异常波动的则及时报警。此外，测温数据还可以在主控计算机中长期存储以供查询，在设备发生故障时，技术人员可以对设备温度的走势进行分析以辅助故障处理。

4系统的硬件设计分析

4.1温度采集节点的硬件设计

1.微处理器模块

微处理器模块采用MSP430F149 为主芯片，其电路部分主要包括与无线通信单元的接口、与温度数据采集单元的接口和与拨码开关的接口等，具有功耗低、处理能力强、体积小、性能稳定以及方便高效的开发环境等特点，并且其运行温度范围能够适应变电站的工作环境，非常适合于开发低功耗、小型化的远程智能监控终端设备。

2.温度采集模块

本系统将在电力电气设备的易发热部位装设由摄像机、数字云台、红外测温仪等组成的温度采集模块，该模块能够自动保存每次温度采集的记录，精度较高，满足使用要求。

3.无线通信模块

该模块采用单片射频收发器芯片 nRF905， 其电路部分主要包括与 MSP430F149 接口电路、晶振电路和天线部分电路三部分，最高发射速率50 kb/s，10 dB 发射功率条件下，配置外置鞭状天线的有效通信距离为300 m 左右。

4.电源模块

电源模块采用TPS60100 芯片，通过锂一次电池供电提供3.3V 电压。

4.2汇聚节点的硬件设计

汇聚节点硬件设计要满足以下功能：(1)通过无线通信模块汇聚温度采集节点采集到的温度信号;(2)将采集到的温度信号进行分析处理，并嵌入到RS485总线上，等到主控计算机采集;(3)将节点地址、节点参数以及温度采集节点上报的温度数据进行存储，以防丢失。

根据汇聚节点电路要实现的功能，本文将汇聚节点的硬件组成框架设计成如图1所示，由微处理模块、无线通信模块、串行通信模块、存储模块和电源模块五部分。

图1 汇聚节点的硬件组成框架

汇聚节点的微处理模块和无线通信模块与数据采集节点的相应模块原理相同，故不作重复介绍。下面将对其它模块进行介绍。

1.串行通信模块

该模块设计了标准的RS485 总线接口，一方面将汇聚节点处理好的温度数据传输给主控计算机，另一方面根据主控计算机的控制命令对模块进行控制。

2.存储模块

该模块采用AT24C02存储器，工作电压为5V，主要用于存储数据采集节点和汇聚节点的地址和配置信息，以及最近一次的温度数据。存储这些信息一方面是为了防止温度数据遗失，另一方面则是为了给汇聚节点与主控计算机的通信提供依据。

3.电源模块

微处理模块和无线通信模块的供电电压是3.3 V，串行通信模块和存储模块的供电电压是5 V。因此，本模块使用了两个电源芯片 LM2575 和 LM1117-3.3，以分别提供 5 V和3.3 V 电压。

5系统的软件设计分析

5.1数据采集节点的软件设计

数据采集节点的任务就是解析汇聚节点的命令、采集温度数据、根据时隙优先级计算定时时间、发送数据到汇聚节点。其程序流程主要如下：

Step1：关闭看门狗定时器WDT并进行系统初始化;接着打开WDT，置无线通信模块为接收模式，等待并接受汇聚节点发来的组网信号，接着等待汇聚节点的应答信号。若一直没收到则返回组网，若收到，则开始接受汇聚节点的温度采集命令。

Step2：进入采温周期的循环，即先监听汇聚节点的采集温度命令(同时也是同步信号)，各个数据采集节点在接收到这个采温同步命令之后，解析出自己的时隙，启动定时器开始一个采样周期。

Step3：采样周期结束后，各个温度数据采集节点根据同步信号的时隙安排将采集好的温度数据发送给汇聚节点。

Step4： 无线通信模块在发送完温度数据之后，设置nRF905为掉电模式，MSP430F149休眠，等待下一个汇聚节点的采集温度命令。

5.2汇聚节点的软件设计

汇聚节点在系统中起着承上启下的作用，其程序流程主要如下：

Step1：对系统进行初始化，初始化完成之后程序进入周期循环，置nRF905为发送模式并连续发生三次组网信号。若有节点申请加入，则返回一个应答信号;若没有节点申请加入，则直接进入下一阶段。

Step2：汇聚节点对在网的各个温度数据采集节点发送采集温度的命令;接着设定等待时间，这段时间是温度数据采集节点的采样时间，采样定时时间到，关闭串口中断，接收各个节点返回的温度数据。

Step3：若汇聚节点三次没有收到在网的温度数据采集节点返回的任何数据，则默认该节点已退出网络。

Step4：汇聚节点处理完温度数据之后，打开串口中断，响应串口命令，直到定时时间到，重新发送组网信号。

6结束语

总之，基于无线传感器网络的变电站设备温度监测系统具有功耗小、采样精度高、系统稳定性好等特点，值得在实践领域进行广泛推广应用。

参考文献

[1] 王海伦，蔡志宏，范一鸣.电气设备温度监测的无线传感器网络节点设计[J]. 传感器与微系统， 2011， 30(7)： 97-99

[2] 沈楚焱，杨鹏，史旺旺.基于无线传感器网络的预装式变电站测控系统[J].机电 工程， 2012， 29(10) ：1213-1216

作者：童凡杰

第三篇：光纤温度传感与测量技术中PCI总线的高速数据采集卡的设计与实现

【摘要】随着各行各业逐渐实现信息化，其中PCI总线技术已经在很多行业中有非常广泛的运用。针对分布式光纤温度检测系统的数据采集，系统设计要求具有精度高、速度快、采集信号微弱的特点，根据成本要求，采用PLX PCI9054、Altera Cyclone FPGA、LINEAR LTC2241等硬件完成了系统的搭建工作，介绍了系统的工作原理和开发思路，描述了系统软件的开发和功能，本文针对这些问题进行了详细的分析。

【关键词】PCI总线;高速數据;采集;设计

一、前言

光纤温度传感与测量技术是测控领域新的发展方向之一。由于光纤具有重量轻、体积小、电绝缘性好、柔性弯曲、耐腐蚀、测量范围宽、高灵敏度等特点，对传统的测温传感器特别是温度传感器能起到扩展提高的作用，适配特总行业需求完成前者很难完成甚至不能完成的任务。分布式光纤传感技术用于温度测量，除了具有以上特点外，与传统的温度测量仪器相比，还具有响应快、频带宽、防爆、防燃、抗电磁干扰等重要特点，因此，光纤温度传感技术受到各国科技人员的高度重视并进行了深入研究。它可用于冶金、化工、电力、建材等领域，解决电磁干扰大、环境恶劣场合的温度测量与控制问题。

近年来，随着航空、航天、测控等技术的迅速发展，分布式光纤温度检测系统逐渐普及，渗透多领域，这就对数据采集系统的性能要求更加苛刻，要求能够采样较微弱的光电变化信号，采样的精度和速度要求更高，因此研制开发了一套高性能数据采集系统。该系统较以往开发的数据采集系统，在设计方案、操作界面等方面均有了较大改进，如该系统采用PCI总线，传输速率得以大大提高，系统软件运行于windows操作系统下，较以往该领域的DOS系统，在操作上更方便，界面更友好。采用先进的微弱信号采样算法提取有效信息，本文介绍了该数据采集系统的设计与研制方案。

二、系统的总体设计方案

系统具体工作要求：配置两通道可以供用户采集转换使用，可以同时采样分布式光纤的斯托克斯光及反斯托克斯光信号;另外为了达到相关指标的要求，A/D分辨率应达到12位、采样速率210Msps以上，通道带宽150M。从要求可以看出本系统具有多路数、精度高、速度快的突出特点。针对这些特点，选用PLX 的PCI桥接芯片PCI9054;前段采样选用凌特的ADC芯片LTC2241-12，次芯片为12bit精度，210Msps满足了模拟信号的高精度、高速率要求。作为该板卡工作的控制中心采用Altera公司的Cyclone系列EP3C40作为主控芯片FPGA，选择使用FPGA，因为FPGA具有精度高、速度快、稳定性好的特点。整个系统中EP3C40控制LTC2241采集输入通道的模拟信号，PCI9054负责与系统通信，通过其局域总线传递系统控制信息，并将采集数据传输给pci总线。

三、系统的硬件设计

系统硬件的设计主要是围绕模拟信号的输入调理，模拟信号的采集FPGA的LTC2241控制时序编程，利用硬件描述语言开发PCI9054局域总线的通信驱动，PCI9054驱动参数的适配。

图 1

1、模拟信号的输入调理

如前所述，本系统设计需要2个通道模拟输入，如下图2所示，模拟输入的前级采用了THS3091，此运算放大器为一个高电压，电流反馈型运算放大器。设计时考虑匹配APD输出阻抗，同时驱动下级。第二级放大器采用LTC6406，该芯片为轨至轨型差分放大器，拥有3GHz的带宽足以满足高增益下带宽需求。

图 2

2、采样电路的实现

采样电路部分主要完成模拟数据的AD转换，LTC2241芯片完成12位精度的AD转换，由光的时域反射理论(见公式 1)可知1米采样间隔其需要理论采样间隙t大概150MHz，LTC2241采样率为210Msps，其满足3米测量精度要求。LTC2241原理图如下图3，提供独立参考电压输入端REFH(L)，数据接口可配为CMOS接口或LVDS接口，本系统采用CMOS接口方式其执行时序如下图4，Fpga在内部时钟的控制下执行图4控制时序不间断读取LTC2241转换值，这样就两个通道的高速采样。

公式 1

图 3

图 4

3、FPGA程序设计

FPGA程序设计的任务包括：

(1)执行图 4 时序控制LTC2241实现模拟信号采样。

(2)与PCI桥接芯片局域总线通信。

3、PCI接口设计

PCI接口采用PLX 的PCI9054桥接芯片，其作为一种接口芯片，在PCI总线和LOCAL总线之间传递信息。该设计系统就是利用PCI9054的这一特性，通过接口控制电路 ，为外围设备和PC机间搭建一座硬件桥，完成数据的顺利传输。

PCI9054本地总线可以工作在M，C，J三种模式，M模式为Motorola的Mcu接口工作模式，此模式专为其MPC850和MPC860提供接口。C模式是一种类似于单片机的工作方式 ，在这种工作模式下，PCI9054芯片通过片间逻辑控制，将PCI的地址线和数据线分开，较为广泛的应用于系统设计中。J模式是一种没有LOCAL Master的工作模式，它的好处是地址数据线没有分开，严格仿效PCI总线的时序。但增加了很多的控制信号。本系统选用PCI9054的C模式工作方式。

数据传输模式，PCI9054支持主模式，从模式，DMA传输模式，可以用于试配卡和嵌入式系统，其中主模式(pci initiator)操作主模式操作就是允许本地的cpu访问pci总线的内存和I/O接口。模式选择必须在pci命令寄存器中使能给出。如pci主设备存储器和i/o范围寄存器，pci基址寄存器，主设备配置和命令寄存器等。主模式操作包括pci主设备存储器和i/o译码，pci主设备存储器和i/o配置访问，pci双地址周期访问，pci主设备存储器写并无效等操作。从设备(pci target)从模式就是允许pci总线上的主控设备访问局部总线上的PCI9054的配置寄存器和内存，支持突发和单周期动模式传输。PCI9054通过16字长的pci从设备度FIFO和32字长的pci从设备写FIFO，来支持从pci总线到局部总线上的突发和单周期存储器映射访问和i/o映射访问。Pci基址寄存器用来设定pci存储器和i/o地址空间。从模式操作包括延时读操作，提前读操作等。这种模式有非复用的地址和数据总线，电路设计，时序和控制相对简单。(direct memory access)操作PCI9054拥有一个强大的双通道分散/收集dma控制器，支持pci主机和适配器内存的高效突发传输。两个独立的dma通道能从局部总线到pci总线和从pci总线到局部总线传输数据。每个通道包括一个dma控制器和一个专用双向FIFO。两个通道都支持块传输，分散/收集传输，应用或者不用EOT传输等。模式选择在PCI9054 成为一个pci总线主设备之前由主设备使能位(pcicr[2])使能。另外，两个dma通道都能编程实现8，16，32bit局部总线带宽，使能/使无效内部等待周期，使能/使无效局部总线突发传输;执行pci存储器写并无效操作;设置pci中断(inta)或看是否本地中断等。

图 5

FPGA的软件开发使用Verilog HDL语言在Quartus II 9.0环境下进行开发，其模块包括：LTC2241串行总线驱动、pci9054本地总线驱动、同步信号输入输出。

四、测试系统的软件设计

应用软件使用Microsoft Visual Studio 2010 C#开发，运行于Windows环境下，人机界面友好，包括系统测试软件和和系统校准软件。系统校准软件是对系统的精度进行计量的软件。该软件包采用中文下拉菜单方式提示操作、显示、打印，自动记录和存储所有测试数据，以便于事后调出查询，观察分析，重新显示输出;测试数据套用相关标准限制曲线图形，标准规定的极限曲线与试验数据填充曲线的对比图形可同时显示打印，以便于判断测试结果是否满足设计要求。

图 6

五、结束语

综上所述，本文针对PCI总线的高速数据采集卡中设计方案以及设计过程中硬件和软件的设计方案进行了针对性的分析，针对相应的软件设计进行了系统设计，结果显示相应的设计能够满足实际的使用需求，保证了在高速数据采集的情况下，能够很好的完成分布式光纤温度数据收集任务。

参考文献

[1] 牛爱苹. 基于PCI总线的高速数据采集模块软件设计[D]. 电子科技大学， 2013.

[2] 姜日东， 徐志跃. 基于PCI总线无时钟LVDS数据采集卡的研究[J]. 电子设计工程， 2013， 17期：100-102.

[3] 牛晓军. 基于PCI Express总线高速数据采集系统的设计[D]. 重庆大学， 2013.

[4] 王磊， 李翔， 李海. 基于PCI总线的脉冲中子源数据采集卡研制[J]. 数字技术与应用， 2015， 第2期：83-85.

[5] 邹和平. 浅析高速数据采集卡在雷达信号采集和分析中的使用情况[J]. 科技资讯， 2014， 10期：38-39.

作者：张全宝 姜平 张方略