基于石英晶体传感器的多通道温度测量系统

发布时间：2017-07-17 21:21

  本文关键词：基于石英晶体传感器的多通道温度测量系统

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【摘要】：随着信息化的不断发展,温度作为表示冷热程度的物理量,在生产生活中已经成为基本参数之一。当今时代温度的测量需求越来越多,如何实现稳定的、高精度的、快速的、便利、小体积的测量方法,业已成为研究热点,在物联网即将蓬勃发展的时代,温度将发挥越来越重要的作用。石英晶体传感器作为一种温度频率转换器件,具有精度高,稳定性好,低功耗的特点。它利用晶体的振荡频率的变化来感知温度,石英晶体传感器利用特殊的切割工艺制作,使得振荡频率和温度呈现线性关系。采用石英晶体的传感器具有良好数字信号调节功能、良好的稳定性和抗噪声的直接数字输出,并不需要后续电路进行ADC采样,因而提高了精度,从而可以实现高分辨率和高准确度的测量。石英晶体传感器也将随着材料科学、切割理论和工艺的进步而不断发展,性能将不断进步。本文首先阐述石英晶体传感器的切割原理,探讨了Y切型石英晶体的温度特性,其次通过方程探讨其温频曲线,设计了石英晶体振荡电路。由于传感器输出的是频率,所以设计出一套基于微处理器的硬件测量系统,为了直观的显示测量结果,将所得数据通过蓝牙通信传输至上位机,上位机基于LabView软件编程,实时显示测量数据。实践表明,本论文所设计的多通道石英晶体传感器温度测量系统具有实用、便携、低功耗、准确度高的特点,基于蓝牙的通信方式能够实现遥测,可以测量人体不可进入的工业场所。
【关键词】：石英晶体传感器 多通道测量 蓝牙4.0 频率测量 LabVIEW
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH811;TP212
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 课题研究背景7
• 1.2 温度测量方法研究现状7-9
• 1.3 本文研究内容与结构9-11
• 第二章 石英晶体11-23
• 2.1 石英晶体的结构11-12
• 2.2 石英晶体的性质12-13
• 2.3 石英晶体的切割13-17
• 2.3.1 石英晶体的切型13-15
• 2.3.2 石英晶体切型的温度频率特性15-17
• 2.4 石英晶体谐振器的参数分析17-21
• 2.5 石英晶体的用途21-22
• 2.6 本章小节22-23
• 第三章 石英晶体传感器多通道测温系统硬件设计23-40
• 3.1 传感器选型和测量理论基础知识23-27
• 3.1.1 测量理论基础知识24-25
• 3.1.2 传感器选型25-27
• 3.2 多通道温度测量系统硬件设计27-39
• 3.2.1 石英晶体传感器振荡电路设计28-30
• 3.2.2 标准频率生成电路30-31
• 3.2.3 微处理器最小系统31-33
• 3.2.4 频率测量电路33-35
• 3.2.5 蓝牙通信电路35-37
• 3.2.6 电源电路37-38
• 3.2.7 USB转串口及程序下载电路38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第四章 石英晶体传感器多通道测温系统软件设计40-49
• 4.1 微处理器程序设计流程图40-44
• 4.1.1 STM32库函数编程40-41
• 4.1.2 微处理器时钟配置41-42
• 4.1.3 频率测量程序42-43
• 4.1.4 滑动平均滤波算法43
• 4.1.5 电池电量监测43-44
• 4.2 蓝牙传输程序设计44
• 4.3 基于LabView的上位机程序设计44-48
• 4.3.1 LabVIEW前面板控件设计45-46
• 4.3.2 LabVIEW程序框图设计46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 石英晶体传感器多通道测温系统的调试49-56
• 5.1 测温系统的调试49-53
• 5.1.1 石英晶体传感器软硬件调试49-51
• 5.1.2 测温系统的校准51-53
• 5.2 实验结果及分析53-55
• 5.2.1 传感器的线性度和温度系数53-54
• 5.2.2 实测的温度曲线54
• 5.2.3 测温系统实用化说明54-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第六章 总结与展望56-57
• 参考文献57-59
• 在学期间的研究成果59-60
• 致谢60

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本文编号：554661