单片机与DSP中的基于单片机宽范围高精度光纤传感测温仪研制

摘 要： 一种基于单片机的大动态范围、高精度的光纤温度传感器的设计研制，用双光路、可编程增益放大系统来实现大动态范围的温度测量，并利用12位ADC将被测温度信号由模拟量转换为数字量，利用单片机系统达到高精度的要求，整个系统有非线性校正、多点温度补偿、多种测量方式可选、LCD显示和键盘输入等功能，且系统可与计算机通过RS-232接口通讯，将采样数据传输到上位机处理。关键词： 光纤传感 温度 单片机   光纤传感测温仪是一种非接触式测温方法与光纤传感技术相结合，实现高精度、高重复性、快速响应、非接触式测量和高性价比的新型光纤传感类测温系统。该类测温仪利用光纤的空间滤波效应，使入射光波从 本文主要介绍了一种基于单片机的宽范围高精度光纤传感测温仪的设计与研制。这种测温仪结合了光纤传感技术和单片机系统，旨在实现大动态范围、高精度的温度测量，适用于非接触式的测温场景。系统的关键特点包括双光路设计、可编程增益放大系统、12位ADC转换、非线性校正、多点温度补偿、多种测量模式、LCD显示、键盘输入以及RS-232接口与计算机通信。 光纤传感测温仪利用光纤的特性，将入射光波转化为空间稳态，有效消除杂散光影响，提高测量精度和稳定性。通过将光纤探头和电子处理单元隔离开，系统能够在高温环境下保持良好的抗电磁干扰能力，并具备快速响应特性。 在硬件设计上，系统采用了双光路设计，针对不同的温度范围，选取两个不同波长范围的探测器，通过电子开关动态范围扩展技术，将大动态范围的温度信号分成多个段进行处理，解决了单一探测器无法覆盖宽温度范围的问题。同时，采用可编程增益放大器PGA103和12位A/D转换器MAX191，通过软件控制增益和数字化转换，确保了高精度的测量效果。 信号拾取单元中，根据温度的高低，选择了OPA129和OP27两种不同类型的运算放大器，前者适用于低温度信号的放大，后者用于较高温度信号的处理。数字开关MAX4622用于根据当前温度选择合适的信号通道。 模数转换单元中，PGA103的增益可以通过单片机的P10和P11端口进行控制，以适应不同温度下的信号强度。为了防止上电瞬间的过冲电压，还在PGA103输入端增加了保护二极管。 此外，系统还包含了8051单片机系统单元，它负责处理从ADC获得的数字信号，执行非线性校正、温度补偿等算法，并通过LCD显示测量结果，同时可以通过RS-232接口将数据传输到上位机进行进一步分析和处理。 这款基于单片机的光纤传感测温仪通过巧妙的硬件设计和软件算法，实现了大范围、高精度的温度测量，具有良好的实用性和可靠性，能够满足各种复杂环境下的测温需求。