基于计算机远程控制的热敏电阻温度特性曲线测量
计 算 机 与 现 代 化
2010年第 3期 J ISUANJ I YU XIANDA IHUA 总第 175期
文章编号 : 100622475 (2010) 0320151203
收稿日期 : 2009208220
作者简介 :向英 (19732) ,女 ,陕西临潼人 ,广东技术师范学院副教授 ,硕士 ,研究方向 :虚拟仪器技术 ,电工电子 ;吴先球
(19682) ,男 ,广东人 ,华南师范大学教授 ,博士 ,研究方向 :虚拟仪器远程仿真。
基于计算机远程控制的热敏电阻温度特性曲线测量
向 英 1 ,吴先球 2
(1. 广东技术师范学院 ,广东 广州 510665; 2. 华南师范大学 ,广东 广州 510631)
摘要 :开发测量热敏电阻温度特性曲线硬件电路 ,以及成本低廉的基于虚拟仪器的锁相放大器。在此基础上研制基于计
算机远程控制的热敏电阻温度特性曲线测量系统 ,测量结果与传统实验室进行实验的测量结果一致。
关键词 :热敏电阻 ; 虚拟仪器 ; 远程控制 ; LabV IEW
中图分类号 : TP202 文献标识码 : A do i:10. 3969 / j. issn. 100622475. 2010. 03. 043
M easurem ent of Therm istor Property Curve Based on Com puter Rem ote Control
X IANG Ying1 ,WU Xian2qiu2
(1. Guangdong Polytechnic Normal University, Guangzhou 510665, China;
2. South China Normal University, Guangzhou 510631, China)
Abstract:A hardware circuit for the measurement of therm istor characteristic curve and a low2cost lock2in2amp lifier (L IA) based
on virtual instrument is successfully designed. Then the measurement system of the therm istor property curve based on computer
remote control is developed. The result of remote experiment based on virtual instrument is consistentwith the experiment of tradi2
tional laboratory.
Key words: therm istor; virtual instrument; remote control; LabV IEW
0 引 言
虚拟仪器代表着未来仪器的一个重要发展方向 ,
体现了“软件就是仪器 ”的特点。将虚拟仪器技术和
网络技术相结合 ,实现网络化虚拟仪器 ,并结合电路
其它元件的远程控制 ,可实现基于虚拟仪器的远程实
验。将虚拟仪器技术引入远程实验教学 ,在改善实验
条件的同时也推动传统实验教学的改革 ,在改进实验
教学方法、更新实验教学内容方面提供了入手点 ,有
助于建立开放性、多层次的实验教学模式。
本文研制测量热敏电阻温度特性曲线硬件电路 ,
以及成本低廉的基于虚拟仪器的锁相放大器。在此
基础上开发基于计算机远程控制的热敏电阻温度特
性曲线测量系统 ,测量结果与传统实验室进行实验的
测量结果一致。
1 热敏电阻温度特性曲线测量原理
图 1 测量热敏电阻温度特性曲线电路原理图
温度变化不是很大时 ,热敏电阻的阻值随温度
的变化不明显 ,一般的测量方法 (如伏安法 )测量不
够精确。本测量方法采用电桥来提取阻值变化引起
的电压变化信号 ,这一电压信号一般在几μV,环境噪
声对它的测量结果影响较大 ,而采用锁相放大器来测
152 计 算 机 与 现 代 化 2010年第 3期
量则可以提高测量的精度。测量电路如图 1所示。
信号发生器作为交流信号源 ,产生 1000Hz标准
的正弦波信号和同步触发的参考信号 ,一路作为参考
信号直接送锁相放大器 ,另一路接入电桥测量电路的
A、B两端 , R1 和 R3 均为 1kΩ左右的电阻 , R2 为 10Ω
左右的电阻 , RT 为待测的热敏电阻 ,阻值为几欧姆到
十几欧姆。
由于电桥 A、B两端的信号电压 VAB值为固定 ,当
热敏电阻 RT 所测的温度改变时 ,将引起电桥 C、D两
点的电压的变化 ,而 C、D两点的电压 VCD就是锁相放
大器被测信号的输入电压。根据锁相放大器的工作
原理 ,在参考信号不变的情况下 ,锁相放大器的输出
电压 VO 与 VCD有线性关系。根据测量回路的电压与
电流的关系 ,可以求出电压 VCD 与电阻 RT 的关系
如下 :
VCD =VAB [ RT / (RT + R3 ) ·R2 ·(R1 + R2 ) ]
由于 R3 远大于 RT ,所以上式可以近似写为 : VCD
= aRT + b,因此 V0 正比于 aRT + b (a, b为常数 ) 。
这样 ,通过测得锁相放大器的输出电压 V0 随温
度变化的特性 ,就可以求出热敏电阻的阻值 RT 随温
度变化的特性。
2 系统结构框架图
系统结构整体设计如图 2所示。
图 2 系统结构图
实验硬件系统由真实信号发生器提供信号源。
信号发生器上方输出端为同步 TTL 方波 ,串接分压
电阻衰减后 ,输出为 1V方波。其输出直接连接至音
频输入电缆的右声道 ,通过声卡模数转换后输入到计
算机中。
信号 发 生 器 的 输 出 设 置 为 正 弦 波 , 频 率 为
500Hz,幅度调节为 1V。信号发生器输出的正弦信号
作为桥式电路的输入信号 , C、D 两端之间的电压差
输出连接至一差分放大器 ,放大器输出的 C、D 间的
电压差由音频输入电缆的左声道采集 ,通过声卡模数
转换后输入到计算机中。
热敏电阻紧靠着一个水泥电阻 ,由一个继电器控
制水泥电阻电路的通、断状态 ,计算机通过串口向单
片机发送指令 ,控制继电器的状态 ,共同构成了加热
控制电路。
数字式温度传感器 DS18B20 紧靠在水泥电阻
旁 ,在水泥电阻给热敏电阻加热的同时测得热敏电阻
的温度 ,该温度值读入到单片机中 ,经串口发送到计
算机中。
DS18B20 与单片机的接口极 其简单 , 只需 将
DS18B20的信号线与单片机的一位双向端口相连即
可。在实验电路中温度传送设置为十进制 BCD 码 ,
一共传送 5个字节 ,第一个字节发送十进制数 09 ,为
开启标志。接下来送温度的十位、个位、十分位、百分
位 ,从测得的热敏电阻当前的温度开始 ,连续采样读
取温度值。
继电器控制着水泥电阻电路的接通与否。当继
电器闭合 ,电路导通 ,水泥电阻开始加热 ;反之 ,停止
加热。继电器的状态通过单片机控制 ,单片机发送
ASC II码“30H”,控制继电器闭合 ;发送“31H”,则控
制继电器断开。
串口通信采用常见的通信转换芯片 MAX232。
从 MAX232的 9、10脚输入单片机信号 ,经转换后再
从 7、8脚输出到 PC机 [ 4 ] 。
单片机 和 PC 机 之 间 的 通 信 协 议 为 : 波 特 率
4800bps,校验位无 ,数据位为 8,停止位为 1。单片机
给 PC机传每帧数据为五个字节的 BCD码 ,第一个节
字为开始标志 ,第二、三、四、五个字节为温度数据。
3 远程测量系统的实现
远程实验中用 LabV IEW 软件开发的虚拟锁相放
大器代替真实锁相放大器 ,通过音频输入电缆的左声
道采集桥式电路的输出电压 ,右声道采集真实信号发
生器输出的参考方波 ,通过计算机串口读取被测热敏
电阻温度值 ,从而组成了热敏电阻温度特性测量实验
电路。通过计算机声卡的线路输入插孔 ,将采集到的
输入信号送入虚拟锁相放大器。由虚拟锁相放大器
完成信号的移相、相敏检测、积分等功能 ,最后输出与
被测信号有关的直流信号。通过虚拟面板上的温度
计显示出被测热敏电阻温度值。与传统实验相比 ,只
需要一台计算机、一台信号发生器以及必要的硬件实
验电路即可进行实验。在此基础上 ,结合网络技术和
仪器控制技术 ,实现远程实验。
锁相放大器测量热敏电阻温度特性曲线远程实
验系统结构框图如图 3所示。学生打开客户机 ,运行
2010年第 3期 向英等 :基于计算机远程控制的热敏电阻温度特性曲线测量 153
程序 ,在虚拟面板上可以设置锁相放大器的相位调
节、积分时间等参数。同时 ,通过虚拟面板可以改变
加热按钮的状态 ,学生在客户机的虚拟面板上点击加
热按钮 ,接通加热电源 ,控制继电器闭合 ,加热电路开
始给热敏电阻加热 ,该状态值通过 Internet和服务器
送往实验机。实验机将接收到的加热控制状态通过
串口送入单片机 ,通过单片机调节继电器的状态 ,从
而控制热敏电阻的加热状态。热敏电阻的温度由
DS18B20数字式温度传感器测得 ,送往单片机系统 ,
通过串口将被测热敏电阻温度值读入到实验机中 ;音
频输入电缆采集信号发生器输出的参考方波和桥式
电路输出的电压值 ,经声卡模数转换器送入实验机。
实验机中的被测信号通过服务器和 Internet反馈给客
户机。学生通过虚拟锁相放大器和虚拟温度计进行
观察和测量 ,得出实验结果 ,完成实验。
图 3 测量热敏电阻温度特性曲线远程实验系统结构框图
4 实验过程和结果
远程实验用户界面如图 4所示。
图 4 远程实验用户界面
学生实验过程如下 :
(1)运行客户端程序 ,点击加热按钮 ,接通加热
电源 ,继电器闭合 ,水泥电阻开始给热敏电阻加热。
此时 ,在虚拟面板上可以观察到温度计的显示开始慢
慢上升 ,桥式电路输出电压的幅度慢慢加大。
(2)调节虚拟锁相放大器面板上的相位调节、交
流放大等参数 ,得到适合的输出波形 ,以便在面板上
观察。为测得正确的直流输出电压 ,相位调节必须设
置为 0°或 180°。虚拟面板上电压表的读数即是测量
得到的被测信号对应的直流电压输出。
(3)虚拟面板上的温度计显示的是当前热敏电
阻的温度值 ,大约每隔 50℃记录一次温度计的读数。
同时 ,记录下相应的直流电压的输出值。
(4)当温度值显示到 80℃左右时 ,再次点击加热
按钮 ,关闭加热电源 ,继电器闭合 ,水泥电阻停止加
热。此时 ,在虚拟面板上可以观察到温度值和输出电
压值开始下降。测量结果如表 1所示。
表 1 温度电压测量结果
温度 (℃) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
电压 (mV) 20. 960 21. 400 21. 65 21. 85 22. 00 22. 14 22. 27 22. 380 22. 446 22. 592 22. 692 22. 784 22. 846
(5)根据测量结果 ,绘制热敏电阻电压 2温度曲线
图 ,如图 5所示。从曲线可知 ,电压 2温度曲线呈指数
关系 ,由前面分析可知 ,也即热敏电阻阻值 2温度呈指
数关系。利用虚拟仪器测得的结果符合实际实验
结果。
图 5 热敏电阻的电压 2温度曲线
5 结束语
本文介绍了基于虚拟仪器的锁相放大器远程实
验教学系统 ,阐述了虚拟锁相放大器在“测量热敏电
阻温度特性曲线 ”远程实验教学中的应用。在远程
实验中 ,通过操作虚拟面板 ,学生远程控制实际电路
中继电器的状态 ,得到反馈的波形、电压和温度数据 ,
用虚拟锁相放大器和虚拟温度计进行测量。对于每
个实验 ,分析了基于虚拟仪器的远程实验的测量结
果 ,与在实验室用真实仪器进行实验的测量结果
一致。
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代科学仪器 , 2002 (3) : 20223.
(下转第 157页 )
2010年第 3期 李绍荣 :微古生物鉴定数据快速录入程序设计 157
程序界面中的“生成汇总表 ”按钮 ,程序就会对 Sheet1
工作表中的数据进行汇总 ,自动生成数据汇总表放到
Sheet2工作表中 (见图 5) 。
图 5 程序自动生成的鉴定数据汇总表
5 结束语
本文介绍的快速数据录入程序 ,解决了数据库建
设中以往提交的纸质微古生物鉴定报告数据快速录
入问题 ,加快了数据库建设速度。同时 ,也为微古生
物专业人员提供了一个使用方便的数据快速录入工
具 ,利用该工具可自动生成微古生物鉴定报告的数据
汇总表。这样 ,今后的微古生物鉴定数据均可以 Ex2
cel电子表格形式提交 ,在数据产生环节就解决好数
据录入问题 ,提高数据库日常维护工作效率。
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