基于石英傳感器的數(shù)字遙測溫度系統(tǒng)設計.pdf

1、隨著工業(yè)的不斷快速發(fā)展，溫度作為工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一，測量要求越來越高，測量范圍越來越廣。我們希望在大多數(shù)情況下都能快速、準確地測量溫度。特別是在一些人類不能或不便進入的場合，溫度測量如何達到快速、精確、穩(wěn)定、便利就成了人們近年來的研究課題。
　　石英晶體溫度傳感器由于其高分辨率的特點而發(fā)展迅速，但我國的研究距離高精產(chǎn)業(yè)化尚遠。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,數(shù)字電路的廣泛應用,對石英晶體溫度傳感器的數(shù)字化、小型

2、化、高頻率穩(wěn)定度及一些特殊要求也越來越高。
　　本文首先從理論上闡述了石英晶體測溫的原理，并通過Christoffel方程討論了Y切型（YXL+5°）石英晶體的頻率-溫度特性，結果顯示在一段較寬的溫度范圍內(nèi)，Y切型（YXL+5°）石英晶體的頻率都同溫度成線性比例，且靈敏度高達9410-′/℃。唯一不足的是這種石英晶體有一定的非線性誤差，我們通過迭代法對其進行了誤差修正。Matlab的仿真結果顯示當TD=100℃時，其誤差小于2.8

3、‰℃。由這種石英晶體制成的溫度傳感器具有高精度、高靈敏度和高穩(wěn)定性的特點，并且由于傳感器輸出的是頻率，所以可以不用進行A/D轉換而直接通過微處理器進行處理。
　　本課題設計的數(shù)字遙測溫度系統(tǒng)包括溫度采集模塊、信號處理模塊、無線收發(fā)模塊和顯示模塊。溫度傳感器是由Y切型（YXL+5°）石英晶體制成的，它將當前溫度T轉換成頻率()fT輸出，并經(jīng)過混頻，得到一個較低的頻率。這個頻率可以直接送入單片機AT89S52計數(shù)，通過數(shù)學計算模型將計

4、數(shù)值N轉換成溫度碼。接著將溫度碼通過無線收發(fā)芯片nRF401進行收發(fā)，最后在LCD上顯示出來。由于本課題設計的是遙測系統(tǒng)，因此抗干擾顯得尤為重要，本文最后分別從硬件角度和軟件角度討論了各種抗干擾的措施。
　　實驗結果顯示，本課題設計的數(shù)字遙測溫度系統(tǒng)的分辨率為0.001℃，有效通信距離可達50米。同時說明了利用石英晶體的頻率-溫度特性測溫的方法是可行的，并且實現(xiàn)了遙測，數(shù)字溫度遙測系統(tǒng)可應用于工業(yè)檢測特別是某些人類不能或不便進入的