2024年10月12日发(作者:溥鸿熙)
维普资讯
舰船防化
2007年第4期,31—34
CHEMICAL DEFENCE oN SHIPS No.4,31 ̄34
基于DI-720EN的多路温度数据采集系统
李 燕
(1.哈尔滨工程大学,黑龙江哈尔滨150001;
2.中国船舶重工集团公司第七一八研究所,河北邯郸056027)
摘要:介绍了一种便携式多通道、高精度温度检测数据采集系统。系统采用PT1000铂电阻作温
度传感器,DI一720EN作为便携式数据采集器,上位PC机采用笔记本电脑。本系统具有精度高、速
度快,扩展性好等特点。
关键词:便携式数据采集器;数据采集;温度传感器
中图分类号:TP21 文献标识码:A t
Multi-channel Temperature Data Acquiring System Based on DI-720EN
LiYan 一
(1.Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2.The 718th Research Institute ofCSIC,Handan 056027,China)
Abstract:This paper introduced a portable multi—channel high precision temperature acquiring system.In
this system,thermal resistance PT 1 000 was used for temperature sensor,DI一720EN for portable acquisition,
and a portable computer for upper PC.This system is of many advantages such as high precision,high
speed,and high expansion,etc.
Keywords:Portable data acquisition device,Data acquiring,Temperature sensor
0前言
1 硬件设计
温度是现代工业生产过程和科学研究实验中的
1.1硬件结构框图
一
个重要参数,当被测温度变化缓慢时,通常的办法
多路温度数据采集系统的硬件结构框图如图l所
是使用专用的高精度测温表,人工观测、记录处理数
刁 o
据、做出判断。这种方法人为误差大,而且应用范围
也会受到现场条件、响应速度等因素的限制。尤其在
温度测量点数目较多、被测温度变化较快、操作人员
必须远离生产和试验现场时,传统的温度测量系统就
无法满足实际的使用要求。
随着计算机技术的发展和成熟,在自动化领域
里,计算机已经成为控制系统的首选平台,应用计算
机对工业生产和科研试验进行实时、远程监控已经成
为现代自动化发展的主要方向,自动的实时监控系统
能够很好地解决传统温度测量系统存在的弊端和问
题。
图1系统硬件结构
维普资讯
・ 32 ・ 舰船防化
・
2007年第4期
2硬件选型
为了确保操作人员的人身安全,作为该系统的人
机交互平台主控PC机置于远离试验装置的安全场
所,该计算机的主要功能是设置数据采集器的相关参
数,控制数据采集器的启动和停止,实时显示、存储
2通道,12bit,4-lOV缓冲模拟输出;
采样通过速率:250kHz(EPP),80kHz
・
(Ethernet)。
(3)数字i/o:
・
8通道输入,8通道输出,TTL兼容;
最大源电流:0.4mk@2.4V;最大吸收电流:
・
及处理被监测点信号,同时完成与整个试验装置的主
控中心进行试验状态通讯等功能。该机选用了普通
PC机,它要求能够运行Windows98以上操作系统和
VC++6.0开发环境,具有标准的并口和RJ45以太网
口。在试验中使用的是PIII笔记本计算机。
数据采集器采用美国康泰公司(Quatronix
Electronics Co.)推出的便携式数据采集器DI一720EN,
该数据采集器利用内置的微处理器控制A/D转换器,
把模拟电压信号转换为数字信号,其功能是提供A/D
转换、测量范围调整、并口和以太网通讯等。主要特
点是测量通道易于扩充,精度高,速度快。采用以太
网通讯标准,通过上位PC机发出控制指令,DI一720EN
便携式数据采集器作为下位数据采集模块进行现场
温度采集,完成测温任务,测量结果可以通过并口和
主控PC机通讯,并在本地显示、存盘和打印,也可
以通过以太网将主控PC机拉至远端进行显示和处
理。其技术参数为:
(1)模拟输入:
・
分辨率:16一bit
・
采样速率:250kHz(EPP),80kHz(Ethernet),
可软件设置每通道采样率;
・
差分16路、单端32路,可扩至240通道;
・
程控输入范围:分别是±1.25V,±2.5V,±
5V,±lOV:
・
精度:±0.25%满刻度;
・
共模抑制比:80dB min(增益为1);通道问串
扰:一75Db(1OOHz,100 Q unbalance);
・
输入阻抗:1M Q;
・
与计算机通信方式:并口、以太网。
(2)模拟输出:
8n @0.5V。
(4)环境:
・
工作温度:0~70℃,湿度:0%~90 ;
・
存贮温度:55℃~150℃,湿度:0 ~90%。
信号调理转接箱是将温度传感器输出的微弱信
号调理转换为标准的电压信号,以满足便携式数据采
集器的输入信号要求;同时将被测信号进行低通滤
波,消除干扰,增强整个采集系统的抗干扰能力。为
了便于测量通道的扩充,该信号调理箱采用了模块化
结构、系列化设计,可以根据实际被测点数和温度测
量范围进行灵活配置,做到了积木化的集成调理结
构,同时也提高了整个系统的可靠性和可维修性。
温度传感器有很多类型,其中热电偶温度传感器
灵敏度较低,但温度范围大 ;热敏电阻传感器测温
范围较窄,但灵敏度高,有利于检测微小温差,且其
输出特性为非线性,检测时需要有线性化配套装置;
铂电阻传感器的温度系数离散度很小,精确度高,灵
敏度也较好,特别适用于500 ̄C以下的温度测量 。
我们选用铂电阻PTIO00作为温度传感器,测量范围
分别为0~50℃、0~75℃、0~100℃、0 ̄200 oC。
3系统工作原理
3.1 被测信号形成的过程
铂电阻PTIO00温度传感器的输出信号非常微
弱,该信号经调理转换放大后,由补偿电路对温度与
电阻的非线性关系进行补偿,输出一个与被测温度成
线性关系的4mA ̄2OmA的恒流信号,该输出电流再经
过一个250 Q精密电阻R输出一个1V~5V的直流电
压信号,该电压值与温度呈线性关系,形成过程如图
2所示。
维普资讯
2007年第4期 基于DI.720EN的多路温度数据采集系统 ・ 33 ・
图2被检测信号的形成过程框图
3.2系统工作原理
数据采集系统组成原理框图如图3所示。系统主
要由温度传感器、信号调理器、A/D转换器和计算机
等组成。铂电阻PT1000将温度信号转化为模拟微弱
电信号,电信号再经过调理转接箱转换成标准的电压
信号,各直流量输入信号经过低通滤波,一起进入多
路转换开关,由数据采集器内部的CPU控制其选通某
一
路信号进入A/D转换器。经过A/D转换后的数据直
接进入DSP处理,化成以太网数字信号,变成计算机
可以接收的信号。通过以太网将数据传给上位Pc机,
计算机收到数据后,实时显示,绘制温度曲线,同时
进行后台处理、存储,根据物体温升情况向主控中心
发出约定的指令,以便主控中心采取适当的措施。
温度传感器
信号调理
低通滤波
多路转换开关
16位高速A/D转换器
U
ADSP2128
U
l计算机I
图3系统组成原理框图
4软件实现
该系统采用康拓公司提供的WinDaq/Pro+软件
包,可实现硬件之间的通讯、数据采集及存储。
WinDaq/Pro+软件包具有Windows平台下图形操作界
面,可以轻松完成采集、显示、存储等功能,可以方
便的设置各项参数。该软件包有多种显示方式,可同
时显示多至32个通道的数据曲线,各通道可设置不同
的采样速度和输出信号的算法,适用于同时需要测试
高速和低速信号的情况;用回放、分析软件包对数据
进行基本的显示和处理。
根据装置测试的实际需要,利用VC++6.0进行开
发编程,对原始数据采用特殊的算法进行数据处理、
图形显示及打印,从而获得装置特殊需要的数据和图
形。VC++6.0具有强大的界面编辑功能,是一种完全
面向对象的编程语言,用它实现的人机界面直观友
好、易操作、易实现 。
软件流程图如图4所示:
异常命令
图4软件流程图
维普资讯
・ 34 ・ 舰船防化 2007年第4期
5结语
本系统最大的特点是扩展性好,采样速度快,不
需要数据采集卡,不需要硬件驱动程序和硬件连接方
便等;软件编制也比较容易掌握,有一定VC基础,
再了解一下数据存盘格式就可以很快编制适合不同
场合的运行软件程序,特别适合通道多、温度变化快
的测温系统。由于DI一720EN便携式数据采集器是可
寻址的,所以可以用多个采集器实现多个参量的测量
采集。整个系统的开发周期较短,调试方便,运行可
靠,可根据需要对数据进行相应的处理。系统只占用
PC机的一个以太网口,占用资源少,对硬件要求不
高,不受现场条件的限制,在不同的场合可灵活应用。
这套多路温度采集系统充分利用了DI一720EN的
新功能、新特性,采用数据采集器与主机通讯的设计
方式,以较少的成本完成了多点快速温度测量。笔者
使用这套多路温度采集系统作基础硬件,配以PC机
的控制软件,完成了数套应用于不同场合的自动温度
测量及控制系统,实际应用情况良好。另外笔者使用
DI一720EN便携式数据采集器配以其他转接功能机箱
和传感器,应用于其他测试场合都得到了有价值的数
据。
参考文献
1章百里,强荷根.温度测量用显示仪表.中国计量出版社,
1986
2刘常满.温度测量与仪表维修问答.中国计量出版社,1987
3林俊杰.Visual c¨6程序设计经典.科学出版社,1999
作者简介:李燕(1967一),女,高级工程师。1989年毕业于
原镇江船舶学院,在读工程硕士,从事测量控制的研究工作。
2024年10月12日发(作者:溥鸿熙)
维普资讯
舰船防化
2007年第4期,31—34
CHEMICAL DEFENCE oN SHIPS No.4,31 ̄34
基于DI-720EN的多路温度数据采集系统
李 燕
(1.哈尔滨工程大学,黑龙江哈尔滨150001;
2.中国船舶重工集团公司第七一八研究所,河北邯郸056027)
摘要:介绍了一种便携式多通道、高精度温度检测数据采集系统。系统采用PT1000铂电阻作温
度传感器,DI一720EN作为便携式数据采集器,上位PC机采用笔记本电脑。本系统具有精度高、速
度快,扩展性好等特点。
关键词:便携式数据采集器;数据采集;温度传感器
中图分类号:TP21 文献标识码:A t
Multi-channel Temperature Data Acquiring System Based on DI-720EN
LiYan 一
(1.Harbin Engineering University,Harbin 150001,China;2.The 718th Research Institute ofCSIC,Handan 056027,China)
Abstract:This paper introduced a portable multi—channel high precision temperature acquiring system.In
this system,thermal resistance PT 1 000 was used for temperature sensor,DI一720EN for portable acquisition,
and a portable computer for upper PC.This system is of many advantages such as high precision,high
speed,and high expansion,etc.
Keywords:Portable data acquisition device,Data acquiring,Temperature sensor
0前言
1 硬件设计
温度是现代工业生产过程和科学研究实验中的
1.1硬件结构框图
一
个重要参数,当被测温度变化缓慢时,通常的办法
多路温度数据采集系统的硬件结构框图如图l所
是使用专用的高精度测温表,人工观测、记录处理数
刁 o
据、做出判断。这种方法人为误差大,而且应用范围
也会受到现场条件、响应速度等因素的限制。尤其在
温度测量点数目较多、被测温度变化较快、操作人员
必须远离生产和试验现场时,传统的温度测量系统就
无法满足实际的使用要求。
随着计算机技术的发展和成熟,在自动化领域
里,计算机已经成为控制系统的首选平台,应用计算
机对工业生产和科研试验进行实时、远程监控已经成
为现代自动化发展的主要方向,自动的实时监控系统
能够很好地解决传统温度测量系统存在的弊端和问
题。
图1系统硬件结构
维普资讯
・ 32 ・ 舰船防化
・
2007年第4期
2硬件选型
为了确保操作人员的人身安全,作为该系统的人
机交互平台主控PC机置于远离试验装置的安全场
所,该计算机的主要功能是设置数据采集器的相关参
数,控制数据采集器的启动和停止,实时显示、存储
2通道,12bit,4-lOV缓冲模拟输出;
采样通过速率:250kHz(EPP),80kHz
・
(Ethernet)。
(3)数字i/o:
・
8通道输入,8通道输出,TTL兼容;
最大源电流:0.4mk@2.4V;最大吸收电流:
・
及处理被监测点信号,同时完成与整个试验装置的主
控中心进行试验状态通讯等功能。该机选用了普通
PC机,它要求能够运行Windows98以上操作系统和
VC++6.0开发环境,具有标准的并口和RJ45以太网
口。在试验中使用的是PIII笔记本计算机。
数据采集器采用美国康泰公司(Quatronix
Electronics Co.)推出的便携式数据采集器DI一720EN,
该数据采集器利用内置的微处理器控制A/D转换器,
把模拟电压信号转换为数字信号,其功能是提供A/D
转换、测量范围调整、并口和以太网通讯等。主要特
点是测量通道易于扩充,精度高,速度快。采用以太
网通讯标准,通过上位PC机发出控制指令,DI一720EN
便携式数据采集器作为下位数据采集模块进行现场
温度采集,完成测温任务,测量结果可以通过并口和
主控PC机通讯,并在本地显示、存盘和打印,也可
以通过以太网将主控PC机拉至远端进行显示和处
理。其技术参数为:
(1)模拟输入:
・
分辨率:16一bit
・
采样速率:250kHz(EPP),80kHz(Ethernet),
可软件设置每通道采样率;
・
差分16路、单端32路,可扩至240通道;
・
程控输入范围:分别是±1.25V,±2.5V,±
5V,±lOV:
・
精度:±0.25%满刻度;
・
共模抑制比:80dB min(增益为1);通道问串
扰:一75Db(1OOHz,100 Q unbalance);
・
输入阻抗:1M Q;
・
与计算机通信方式:并口、以太网。
(2)模拟输出:
8n @0.5V。
(4)环境:
・
工作温度:0~70℃,湿度:0%~90 ;
・
存贮温度:55℃~150℃,湿度:0 ~90%。
信号调理转接箱是将温度传感器输出的微弱信
号调理转换为标准的电压信号,以满足便携式数据采
集器的输入信号要求;同时将被测信号进行低通滤
波,消除干扰,增强整个采集系统的抗干扰能力。为
了便于测量通道的扩充,该信号调理箱采用了模块化
结构、系列化设计,可以根据实际被测点数和温度测
量范围进行灵活配置,做到了积木化的集成调理结
构,同时也提高了整个系统的可靠性和可维修性。
温度传感器有很多类型,其中热电偶温度传感器
灵敏度较低,但温度范围大 ;热敏电阻传感器测温
范围较窄,但灵敏度高,有利于检测微小温差,且其
输出特性为非线性,检测时需要有线性化配套装置;
铂电阻传感器的温度系数离散度很小,精确度高,灵
敏度也较好,特别适用于500 ̄C以下的温度测量 。
我们选用铂电阻PTIO00作为温度传感器,测量范围
分别为0~50℃、0~75℃、0~100℃、0 ̄200 oC。
3系统工作原理
3.1 被测信号形成的过程
铂电阻PTIO00温度传感器的输出信号非常微
弱,该信号经调理转换放大后,由补偿电路对温度与
电阻的非线性关系进行补偿,输出一个与被测温度成
线性关系的4mA ̄2OmA的恒流信号,该输出电流再经
过一个250 Q精密电阻R输出一个1V~5V的直流电
压信号,该电压值与温度呈线性关系,形成过程如图
2所示。
维普资讯
2007年第4期 基于DI.720EN的多路温度数据采集系统 ・ 33 ・
图2被检测信号的形成过程框图
3.2系统工作原理
数据采集系统组成原理框图如图3所示。系统主
要由温度传感器、信号调理器、A/D转换器和计算机
等组成。铂电阻PT1000将温度信号转化为模拟微弱
电信号,电信号再经过调理转接箱转换成标准的电压
信号,各直流量输入信号经过低通滤波,一起进入多
路转换开关,由数据采集器内部的CPU控制其选通某
一
路信号进入A/D转换器。经过A/D转换后的数据直
接进入DSP处理,化成以太网数字信号,变成计算机
可以接收的信号。通过以太网将数据传给上位Pc机,
计算机收到数据后,实时显示,绘制温度曲线,同时
进行后台处理、存储,根据物体温升情况向主控中心
发出约定的指令,以便主控中心采取适当的措施。
温度传感器
信号调理
低通滤波
多路转换开关
16位高速A/D转换器
U
ADSP2128
U
l计算机I
图3系统组成原理框图
4软件实现
该系统采用康拓公司提供的WinDaq/Pro+软件
包,可实现硬件之间的通讯、数据采集及存储。
WinDaq/Pro+软件包具有Windows平台下图形操作界
面,可以轻松完成采集、显示、存储等功能,可以方
便的设置各项参数。该软件包有多种显示方式,可同
时显示多至32个通道的数据曲线,各通道可设置不同
的采样速度和输出信号的算法,适用于同时需要测试
高速和低速信号的情况;用回放、分析软件包对数据
进行基本的显示和处理。
根据装置测试的实际需要,利用VC++6.0进行开
发编程,对原始数据采用特殊的算法进行数据处理、
图形显示及打印,从而获得装置特殊需要的数据和图
形。VC++6.0具有强大的界面编辑功能,是一种完全
面向对象的编程语言,用它实现的人机界面直观友
好、易操作、易实现 。
软件流程图如图4所示:
异常命令
图4软件流程图
维普资讯
・ 34 ・ 舰船防化 2007年第4期
5结语
本系统最大的特点是扩展性好,采样速度快,不
需要数据采集卡,不需要硬件驱动程序和硬件连接方
便等;软件编制也比较容易掌握,有一定VC基础,
再了解一下数据存盘格式就可以很快编制适合不同
场合的运行软件程序,特别适合通道多、温度变化快
的测温系统。由于DI一720EN便携式数据采集器是可
寻址的,所以可以用多个采集器实现多个参量的测量
采集。整个系统的开发周期较短,调试方便,运行可
靠,可根据需要对数据进行相应的处理。系统只占用
PC机的一个以太网口,占用资源少,对硬件要求不
高,不受现场条件的限制,在不同的场合可灵活应用。
这套多路温度采集系统充分利用了DI一720EN的
新功能、新特性,采用数据采集器与主机通讯的设计
方式,以较少的成本完成了多点快速温度测量。笔者
使用这套多路温度采集系统作基础硬件,配以PC机
的控制软件,完成了数套应用于不同场合的自动温度
测量及控制系统,实际应用情况良好。另外笔者使用
DI一720EN便携式数据采集器配以其他转接功能机箱
和传感器,应用于其他测试场合都得到了有价值的数
据。
参考文献
1章百里,强荷根.温度测量用显示仪表.中国计量出版社,
1986
2刘常满.温度测量与仪表维修问答.中国计量出版社,1987
3林俊杰.Visual c¨6程序设计经典.科学出版社,1999
作者简介:李燕(1967一),女,高级工程师。1989年毕业于
原镇江船舶学院,在读工程硕士,从事测量控制的研究工作。