特种温度环境下高精度数据采集技术研究

摘要

在电子通信技术与计算机控制技术高度发达的今天，作为连接物理世界与信息世界的数据采集技术被越来越广泛的应用在各行各业。本文作为“红外瞄准吊舱电子元器件专用老化筛选试验台校准装置研制”的重要组成部分，主要任务是针对电子元器件专用老化试验台内部非常温并且全封闭的特点设计一套专用高精度数据采集系统。红外瞄准吊舱工作环境恶劣，在工作时需要有足够高的精度与可靠性，这就要求对其基本组成元器件要进行严格筛选。专用筛选试验台可以模拟其工作环境，但是在专用试验台内一般的数据采集系统受制于体积、温度以及精度等原因很难满足要求，需要对其研制专用数据采集系统。
　　本文研究了国内外高精度数据采集系统的结构以及设计方法，并且分析了本文中对数据采集系统的工作环境温度要求以及精度要求，在此基础上设计并完成了一套针对专用老化试验台的高精度数据采集系统。主要研究内容包括系统总体方案设计、系统硬件设计、软件设计以及特种温度环境下系统功能以及精度的验证。
　　首先对数据采集相关的误差理论进行了分析，并以误差分配理论作为指导思想来设计系统总体方案，将系统分为电压电流信号转换、信号调理、信号隔离、多通道切换、量程转换、数据采集、数据存储与传输以及恒温控制这几个模块进行设计。
　　其次结合本文的精度与特种温度环境的要求，对影响数据采集系统精度的因素进行了探讨，完成了各个模块的硬件设计与器件选型，并且在理论上对不同硬件设计进行了详细的对比分析之后给出了各模块最合适的硬件设计方案以及最合适的元器件型号。在硬件设计完成之后，基于嵌入式专用软件开发平台KEIL进行了包括数据采集芯片AD7785驱动程序、数据的存储与传输、温度控制以及软件数字滤波在内的系统软件的设计与调试。
　　最后根据设计好的硬件与软件完成整个数据采集系统的搭建，并测试了常温下系统各部分的功能。在确保系统功能正常之后，利用恒温箱测试了系统在特种温度环境下的精度并根据最小二乘法的原理对精度进行校准。结果表明经校准后的数据采集系统可以在-55℃~80℃之间对22路信号进行采集，并且采集的精度达到技术指标的要求。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 高精度数据采集系统的国内外研究现状与未来发展分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 特种温度下数据采集系统方案设计

2.1 本文数据采集系统的需求分析

2.2 数据采集系统的误差分析

2.3 数据采集系统的总体方案设计

2.4 本章小结

第3章 特种温度数据采集系统的硬件设计

3.1 数据采集系统硬件电路总体

3.2 信号取样单元硬件设计

3.3 信号调理模块的设计

3.4 模数转换单元的设计

3.5 微处理器及其最小系统的设计

3.6 数据传输模块的设计

3.7系统供电模块的设计

3.8温控单元硬件设计

3.9本章小结

第4章 数据采集系统的软件开发

4.1数据采集系统软件主要功能

4.2基于Keil的STM32系列软件开发方法

4.3数组采集主程序的开发

4.4 本章小结

第5章 特种温度下系统功能验证及精度验证

5.1 常温下数据采集系统平台搭建及功能验证

5.2 特种温度下数据采集系统的精度校准与验证

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢