本實(shí)用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、航天和軌道交通等許多領(lǐng)域都離不開(kāi)溫度的測(cè)量，溫度成為了各領(lǐng)域一個(gè)重要而普遍的測(cè)量參數(shù)，溫度的測(cè)量和控制對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。在軌道交通中，主要用Pt100溫度傳感器檢測(cè)動(dòng)車組中的齒輪箱溫度，從而反應(yīng)齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。Pt100溫度傳感器能夠測(cè)量-200℃～+850℃，還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)，其檢測(cè)到溫度的準(zhǔn)確性和傳感器本身的穩(wěn)定性直接影響軌道車輛的運(yùn)行情況，對(duì)乘客的人身安全有著重要的影響。因此，針對(duì)軌道車輛Pt100溫度傳感器進(jìn)行抗溫性能的測(cè)試具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是通過(guò)觀察在設(shè)定極低或極高的溫度條件下，Pt100溫度傳感器是否能正確檢測(cè)到此溫度，從而反映出Pt100抗溫性能的檢測(cè)軌道車輛Pt100溫度傳感器抗溫性能控制系統(tǒng)。

本實(shí)用新型是由Pt100溫度傳感器和溫度采集模塊、主控模塊、顯示模塊、串口模塊組成；

主控模塊電路采用STM32F103RBT6芯片：主控模塊U1的30腳連接有S1、C1、R1組成的復(fù)位電路，BT1、D1、D2、Y1組成掉電保護(hù)電路，主控模塊U1的1、2腳接R2、Y2、C2、C3組成的振蕩電路，主控模塊U1的4、5腳接C4、C5、L1組成的濾波電路，主控模塊U1的6、7引腳與C6相連接組成去耦電路，主控模塊U1的22、23引腳與C7相連接組成去耦電路，主控模塊U1的20、21引腳與C8相連接組成去耦電路，主控模塊U1的19、20引腳與C9相連接組成去耦電路，主控模塊U1的24、27引腳與R3、R4和BOOT相連接用于選擇STM32的三種不同啟動(dòng)方式，發(fā)光二極管LED1和LED2以及限流電阻R29、R30組成用來(lái)指示串口數(shù)據(jù)收發(fā)并連接在主控模塊U1的28、29腳；

溫度采集模塊：溫度采集電路由Pt100溫度傳感器和運(yùn)算放大電路組成，其中運(yùn)算放大電路采用低功耗集成運(yùn)算放大器TL062，為了防止單級(jí)放大倍數(shù)過(guò)高帶來(lái)的非線性誤差，放大電路采用兩級(jí)放大：運(yùn)算放大電路連接有Pt100溫度傳感器、差分電容C10、C13，運(yùn)算放大模塊連接有U2B運(yùn)算放大器，其中U2B的引腳5與分壓電阻R5、R6連接，U2B的引腳6、引腳7與差分電容C11連接，同時(shí)U2B的引腳6、引腳7之間還連接有分壓電阻R7、R8、R9、R10，U2B運(yùn)算放大器還連接有分壓電阻R13和調(diào)零電阻R14構(gòu)成前級(jí)放大電路；運(yùn)算放大電路連接有U2A運(yùn)算放大器，其中U2A的引腳3連接有分壓電阻R11、R12和差分電容C14，U2A的引腳2連接有分壓電阻R14，U2A的引腳1與引腳2之間連接有差分電容C12和電阻R15，U2A的引腳1連接有電阻R16引出A/D引腳，A/D引腳與主控模塊U1的引腳17相連接；

顯示模塊：顯示模塊連接有四位一體數(shù)碼管，顯示模塊連接有三極管Q1、Q2、Q3、Q4，用于增大驅(qū)動(dòng)電流來(lái)驅(qū)動(dòng)四位一體數(shù)碼管，四位一體數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g引腳分別連接有限流電阻R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24，限流電阻的另一端連接到7447譯碼模塊U3的引腳14、13、12、11、10、9、8，譯碼模塊U3的引腳1、2、3、4分別與主控模塊U1的引腳8、9、10、11相連接，上拉電阻R25、R26、R27、R28的一端分別于與三極管Q1、Q2、Q3、Q4的基極相連接，另一端分別與主控模塊U1的引腳12、13、14、15相連接；

串口模塊：串口模塊主要由U4 MAX232芯片及其外部電路組成，串口模塊連接有C15、C16、C17、C18與1、2、3、4、5、6引腳構(gòu)成電荷泵電路，7、8引腳作為上位機(jī)的收發(fā)引腳與J1的2、3引腳相連接，9、10引腳作為第二數(shù)據(jù)通道分別與主控模塊U1的28、29引腳相連接。

本實(shí)用新型采用Pt100溫度傳感器進(jìn)行溫度檢測(cè)，測(cè)量溫度范圍較大，并通過(guò)控制加熱器和冷卻器，實(shí)現(xiàn)在高溫或低溫條件下，完成Pt100溫度傳感器的工作性能的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。進(jìn)一步而言，本實(shí)用新型提供的檢測(cè)軌道車輛Pt100溫度傳感器抗溫性能控制系統(tǒng)，可以檢測(cè)具有同樣安裝孔的其它電子設(shè)備的抗溫效果。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型主控模塊電路圖；

圖2是本實(shí)用新型的溫度采集模塊電路圖原理圖；

圖3是本實(shí)用新型的顯示模塊電路原理圖；

圖4是本實(shí)用新型的串口模塊電路原理圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型是由Pt100溫度傳感器和溫度采集模塊、主控模塊、顯示模塊、串口模塊組成；

主控模塊電路采用STM32F103RBT6芯片：主控模塊U1的30腳連接有S1、C1、R1組成的復(fù)位電路，BT1、D1、D2、Y1組成掉電保護(hù)電路，主控模塊U1的1、2腳接R2、Y2、C2、C3組成的振蕩電路，主控模塊U1的4、5腳接C4、C5、L1組成的濾波電路，主控模塊U1的6、7引腳與C6相連接組成去耦電路，主控模塊U1的22、23引腳與C7相連接組成去耦電路，主控模塊U1的20、21引腳與C8相連接組成去耦電路，主控模塊U1的19、20引腳與C9相連接組成去耦電路，主控模塊U1的24、27引腳與R3、R4和BOOT相連接用于選擇STM32的三種不同啟動(dòng)方式，發(fā)光二極管LED1和LED2以及限流電阻R29、R30組成用來(lái)指示串口數(shù)據(jù)收發(fā)并連接在主控模塊U1的28、29腳；

溫度采集模塊：溫度采集電路由Pt100溫度傳感器和運(yùn)算放大電路組成，其中運(yùn)算放大電路采用低功耗集成運(yùn)算放大器TL062，為了防止單級(jí)放大倍數(shù)過(guò)高帶來(lái)的非線性誤差，放大電路采用兩級(jí)放大：運(yùn)算放大電路連接有Pt100溫度傳感器、差分電容C10、C13，運(yùn)算放大模塊連接有U2B運(yùn)算放大器，其中U2B的引腳5與分壓電阻R5、R6連接，U2B的引腳6、引腳7與差分電容C11連接，同時(shí)U2B的引腳6、引腳7之間還連接有分壓電阻R7、R8、R9、R10，U2B運(yùn)算放大器還連接有分壓電阻R13和調(diào)零電阻R14構(gòu)成前級(jí)放大電路；運(yùn)算放大電路連接有U2A運(yùn)算放大器，其中U2A的引腳3連接有分壓電阻R11、R12和差分電容C14，U2A的引腳2連接有分壓電阻R14，U2A的引腳1與引腳2之間連接有差分電容C12和電阻R15，U2A的引腳1連接有電阻R16引出A/D引腳，A/D引腳與主控模塊U1的引腳17相連接；

顯示模塊：顯示模塊連接有四位一體數(shù)碼管，顯示模塊連接有三極管Q1、Q2、Q3、Q4，用于增大驅(qū)動(dòng)電流來(lái)驅(qū)動(dòng)四位一體數(shù)碼管，四位一體數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g引腳分別連接有限流電阻R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24，限流電阻的另一端連接到7447譯碼模塊U3的引腳14、13、12、11、10、9、8，譯碼模塊U3的引腳1、2、3、4分別與主控模塊U1的引腳8、9、10、11相連接，上拉電阻R25、R26、R27、R28的一端分別于與三極管Q1、Q2、Q3、Q4的基極相連接，另一端分別與主控模塊U1的引腳12、13、14、15相連接；

串口模塊：串口模塊主要由U4 MAX232芯片及其外部電路組成，串口模塊連接有C15、C16、C17、C18與1、2、3、4、5、6引腳構(gòu)成電荷泵電路，7、8引腳作為上位機(jī)的收發(fā)引腳與J1的2、3引腳相連接，9、10引腳作為第二數(shù)據(jù)通道分別與主控模塊U1的28、29引腳相連接。

電源模塊為其它單元提供所需的電源，在不影響用電設(shè)備正常工作的前提下，選用內(nèi)置AC~DC 5V電源轉(zhuǎn)換模塊，終端部分芯片電源要求為3.3V，所以采用集成DC5V~DC3.3V轉(zhuǎn)換芯片NCP1117，為保證5V電源與3.3V之間互不影響，在NCP1117前加入5V隔離電源模塊IF0505S-W75。

人機(jī)交互界面將測(cè)試指令發(fā)送給控制系統(tǒng)，接收到測(cè)試指令后，通過(guò)人機(jī)交互界面給系統(tǒng)一個(gè)設(shè)定溫度，系統(tǒng)通過(guò)比較設(shè)定溫度和當(dāng)前溫度的大小，進(jìn)而通過(guò)串口模塊發(fā)送命令給加熱器或冷卻器，實(shí)現(xiàn)在高溫或低溫環(huán)境下對(duì)Pt100溫度傳感器工作性能的檢測(cè)。

本實(shí)用新型提供了一種檢測(cè)軌道車輛Pt100溫度傳感器抗溫性能的控制系統(tǒng)，通過(guò)Pt100溫度傳感器測(cè)量當(dāng)前溫度，經(jīng)過(guò)溫度采集模塊后送入主控模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，再通過(guò)顯示模塊進(jìn)行顯示，同時(shí)操作人員設(shè)定一個(gè)檢測(cè)溫度（-200℃～+850℃），通過(guò)上位機(jī)給加熱器或冷卻器發(fā)出命令使其達(dá)到設(shè)定溫度后，再次使用Pt100溫度傳感器檢測(cè)溫度，觀察此時(shí)檢測(cè)到的溫度是否與設(shè)定溫度相同。

本實(shí)用新型是由加熱器、冷卻器、Pt100溫度傳感器、溫度采集模塊、主控模塊、顯示模塊、串口模塊、電源模塊和人機(jī)交互界面組成。主控模塊電路包括復(fù)位電路、掉電保護(hù)電路、振蕩電路、濾波電路、去耦電路、串口收發(fā)指示電路和啟動(dòng)方式選擇電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)其他模塊的管理與控制；溫度采集模塊包括Pt100溫度傳感器和運(yùn)算放大電路，運(yùn)算放大電路使用兩級(jí)放大，通過(guò)電位器可以實(shí)現(xiàn)調(diào)零；顯示模塊由八位共陽(yáng)極數(shù)碼管組成，用于顯示Pt100溫度傳感器測(cè)得的溫度；串口模塊包括電荷泵電路和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道；主控模塊分別和溫度采集模塊、串口模塊和顯示模塊相連，完成溫度數(shù)據(jù)采集與處理，并采用模糊PID算法控制加熱器的溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的閉環(huán)控制。加熱器是通過(guò)實(shí)際情況定做的200*300的加熱板，其導(dǎo)線和主控制模塊相連，溫度傳感器是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)后的合格的Pt100溫度傳感器，用于測(cè)量工裝臺(tái)溫度，并反饋給主控模塊。人機(jī)交互界面將測(cè)試指令發(fā)送給控制系統(tǒng)，接收到測(cè)試指令后，通過(guò)人機(jī)交互界面給系統(tǒng)一個(gè)設(shè)定溫度，系統(tǒng)通過(guò)比較設(shè)定溫度和當(dāng)前溫度的大小，進(jìn)而通過(guò)串口模塊發(fā)送命令給加熱器或冷卻器，實(shí)現(xiàn)在高溫或低溫環(huán)境下對(duì)Pt100溫度傳感器工作性能的檢測(cè)。

以下結(jié)合附圖對(duì)本使用新型進(jìn)行詳細(xì)描述：

本實(shí)用新型包括：加熱器、冷卻器、Pt100溫度傳感器、溫度采集模塊、主控模塊、顯示模塊、串口模塊、電源模塊和人機(jī)交互界面，其中STM32F103RBT6芯片主要通過(guò)對(duì)加熱器的加熱和冷卻器的冷卻進(jìn)行控制，同時(shí)控制溫度采集模塊和顯示模塊，其內(nèi)部還有A/D轉(zhuǎn)換電路，采集到的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)主控模塊內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終通過(guò)顯示模塊顯示出來(lái)以便觀察。人機(jī)交互界面將測(cè)試指令發(fā)送給控制系統(tǒng)，接收到測(cè)試指令后，通過(guò)人機(jī)交互界面給系統(tǒng)一個(gè)設(shè)定溫度，系統(tǒng)通過(guò)比較設(shè)定溫度和當(dāng)前溫度的大小，進(jìn)而通過(guò)串口模塊發(fā)送命令給加熱器或冷卻器，實(shí)現(xiàn)在高溫或低溫環(huán)境下對(duì)Pt100溫度傳感器工作性能的檢測(cè)。

主控模塊電路主要由STM32F103RBT6芯片及其外圍電路組成：如圖1所示，主要包括由S1、C1、R1組成的復(fù)位電路，當(dāng)S1按鍵按下時(shí)實(shí)現(xiàn)CPU復(fù)位功能；BT1、D1、D2、Y1組成掉電保護(hù)電路，在系統(tǒng)掉電和低功耗模式下為實(shí)時(shí)時(shí)鐘供電；R2、Y2、C2、C3組成的振蕩電路，為CPU提供時(shí)鐘；C4、C5、L1組成的濾波電路，對(duì)芯片內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器的供電進(jìn)行去耦合和濾波；U1的6、7引腳與C6相連接組成去耦電路，U1的21、22引腳與C7相連接組成去耦電路，U1的19、20引腳與C8相連接組成去耦電路U1的17、18引腳與C9相連接組成去耦電路，主要是為去除電源噪聲，提高CPU的抗干擾能力；U1的24、27引腳與R3、R4和BOOT相連接，通過(guò)STM32F103RBT6芯片的BOOT1、BOOT0引腳可以選擇三種不同的啟動(dòng)模式；R29、R30作為限流電阻，與發(fā)光二極管LED1和LED2組成電路用來(lái)只是串口數(shù)據(jù)收發(fā)，即有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)LED1亮，有數(shù)據(jù)接收時(shí)LED2亮，否則都不亮，實(shí)現(xiàn)將加熱或冷卻命令通過(guò)串口發(fā)送到加熱器或冷卻器，并進(jìn)行相應(yīng)的加熱或冷卻操作。

溫度采集模塊：如圖2所示，溫度采集模塊主要有Pt100溫度傳感器和運(yùn)算放大電路組成，運(yùn)算放大電路采用低功耗集成運(yùn)算放大器TL062，作為Pt100的前置放大電路，為了防止單級(jí)放大倍數(shù)過(guò)高帶來(lái)的非線性誤差，放大電路采用兩級(jí)放大：運(yùn)算放大模塊連接有Pt100溫度傳感器，傳感器的接入十分簡(jiǎn)單，+5V供電端通過(guò)R5、R6就可將Pt100溫度傳感器接入電路，運(yùn)算放大模塊連接有差分電容C10、C13，運(yùn)算放大模塊連接有U2B運(yùn)算放大器，其中U2B的引腳5與分壓電阻R5、R6連接，U2B的引腳6、引腳7與差分電容C11連接，同時(shí)U2B的引腳6、引腳7之間還連接有分壓電阻R7、R8、R9、R10，U2B運(yùn)算放大器還連接有分壓電阻R13和調(diào)零電阻R14構(gòu)成前級(jí)放大電路；運(yùn)算放大模塊連接有U2A運(yùn)算放大器，其中U2A的引腳3連接有分壓電阻R11、R12和差分電容C14，U2A的引腳2連接有分壓電阻R14，U2A的引腳1與引腳2之間連接有差分電容C12和電阻R15，這種接法能夠有效的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，以放大差模信號(hào)抑制共模信號(hào)，常用于測(cè)量電路的輸入級(jí)，U2A的引腳1通過(guò)連接電阻R16引出A/D引腳，A/D引腳與數(shù)據(jù)處理模塊U1的引腳17相連接，通過(guò)STM32F103RBT6芯片內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器將采集的溫度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行處理。

顯示模塊：如圖3所示，顯示模塊連接有四位一體數(shù)碼管，顯示模塊連接有三極管Q1、Q2、Q3、Q4，用于增大驅(qū)動(dòng)電流來(lái)驅(qū)動(dòng)四位一體數(shù)碼管，四位一體數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g引腳分別連接有限流電阻R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24，限流電阻的另一端連接到7447譯碼模塊U3的引腳14、13、12、11、10、9、8，譯碼模塊U3的引腳1、2、3、4分別與主控模塊U1的引腳8、9、10、11相連接，使用7447譯碼器能夠節(jié)省大量的I/O口，并且功耗更低，上拉電阻R25、R26、R27、R28的一端分別于與三極管Q1、Q2、Q3、Q4的基極相連接，另一端分別與數(shù)據(jù)處理模塊U1的引腳12、13、14、15相連接。

串口模塊：如圖4所示，串口模塊主要有U4 MAX232芯片及其外部電路組成，串口模塊連接有C15、C16、C17、C18與1、2、3、4、5、6引腳構(gòu)成電荷泵電路，功能是產(chǎn)生+12V和-12V兩個(gè)電源，提供給RS232串口電平的需要，11、12、13、14引腳為第一數(shù)據(jù)通道，7、8、9、10引腳為第二數(shù)據(jù)通道，7、8引腳作為上位機(jī)的收發(fā)引腳與J1的2、3引腳相連接，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與U4之間的數(shù)據(jù)通信，9、10引腳分別與主控模塊U1的28、29引腳相連接實(shí)現(xiàn)主控模塊與U4之間的數(shù)據(jù)通信。

電源模塊為其它單元提供所需的電源，在不影響用電設(shè)備正常工作的前提下，選用內(nèi)置AC~DC 5V電源轉(zhuǎn)換模塊，終端部分芯片電源要求為3.3V，所以采用集成DC5V~DC3.3V轉(zhuǎn)換芯片NCP1117，為保證5V電源與3.3V之間互不影響，在NCP1117前加入5V隔離電源模塊IF0505S-W75。

人機(jī)交互界面將測(cè)試指令發(fā)送給控制系統(tǒng)，接收到測(cè)試指令后，通過(guò)人機(jī)交互界面給系統(tǒng)一個(gè)設(shè)定溫度，系統(tǒng)通過(guò)比較設(shè)定溫度和當(dāng)前溫度的大小，進(jìn)而通過(guò)串口模塊發(fā)送命令給加熱器或冷卻器，實(shí)現(xiàn)在高溫或低溫環(huán)境下對(duì)Pt100溫度傳感器工作性能的檢測(cè)。

本實(shí)用新型的具體工作流程：當(dāng)系統(tǒng)上電后，主控模塊會(huì)初始化各個(gè)外圍設(shè)備，然后等待上位機(jī)發(fā)出測(cè)試命令，當(dāng)接收到測(cè)試命令后，系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)Pt100溫度傳感器的抗溫性能進(jìn)行測(cè)試。首先Pt100溫度傳感器通過(guò)溫度采集模塊檢測(cè)當(dāng)前溫度，主控模塊對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過(guò)顯示模塊將當(dāng)前溫度顯示出來(lái)；然后上位機(jī)設(shè)定一個(gè)目標(biāo)溫度，通過(guò)比較當(dāng)前溫度與目標(biāo)溫度的大小來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的操作：如果當(dāng)前溫度大于目標(biāo)溫度，主控模塊通過(guò)串口模塊給加熱器發(fā)出命令進(jìn)行加熱操作，反之主控模塊通過(guò)串口模塊給冷卻器發(fā)送命令進(jìn)行冷卻操作，由于Pt100可檢測(cè)的溫度范圍是-200℃～+850℃，所以目標(biāo)溫度的設(shè)定必須在這個(gè)范圍內(nèi)，設(shè)定溫度最好是在高溫或低溫條件下；當(dāng)加熱器或冷卻器達(dá)到了設(shè)定溫度后，相應(yīng)的操作結(jié)束，Pt100再次測(cè)溫并通過(guò)顯示模塊顯示出來(lái)，觀察經(jīng)過(guò)加熱或冷卻操作后Pt100溫度傳感器是否正確檢測(cè)到設(shè)定的溫度，如果顯示出的溫度與設(shè)定溫度不一致，則發(fā)出報(bào)錯(cuò)信息，表明此次檢測(cè)的Pt100溫度傳感器的抗溫性能不好，并結(jié)束此次測(cè)試；如果與設(shè)定溫度一致，則本次測(cè)試結(jié)束，等待上位機(jī)再次發(fā)出測(cè)試命令。