基于熱敏電阻的數(shù)字溫度計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書-文庫吧
2025-07-24 14:29 本頁面
【正文】 工業(yè)學(xué)院傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 3 2 數(shù)字溫度計(jì) 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)由五大部分組成：（ 1）測溫電橋溫量電路；（ 2）數(shù)據(jù)采集，濾波，放大，AD 轉(zhuǎn)換電路；（ 3）單片機(jī) AT89C51 控制及數(shù)據(jù)計(jì)算電路；（ 4）電源電路；（ 5）溫度實(shí)時(shí)顯示電路和聲光報(bào)警電路。 本次課程設(shè)計(jì)的測溫電路為測溫電橋，測溫電橋的主要部分是熱敏電阻。 熱敏電阻的主要特點(diǎn)是： ①靈敏度 較高，其 電阻溫度系數(shù) 要比金屬大 10～ 100 倍以上，能檢測出 106℃ 的溫度變化； ②工作溫度范圍 寬，常溫 器件 適用于 55℃ ～ 315℃ ，高溫器件適用溫度高于 315℃ （目前最高可達(dá)到 2020℃ ），低溫器件適用于 273℃ ～ 55℃ ； ③體積小，能夠測量其他溫度計(jì)無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度； ④使用方便，電阻值可在 ～ 100kΩ 間任意選擇； ⑤易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)； ⑥穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。 本次設(shè)計(jì)采用的是正溫度系數(shù)的 熱 電阻 PT100，它 是最常用的溫度傳感器之一，與其他熱敏電阻相比 ，它的主要 優(yōu) 點(diǎn)是測量精度高 （可精確到 ） ，線性度好， 測量范圍 廣（ 200℃ ～ 650℃） ，性能穩(wěn)定，使用方便，完全滿足 設(shè)計(jì) 要求 ， 所以我最終選擇鉑電阻 PT100作為傳感器。PT100溫度傳感器屬于正電阻系數(shù) ， 其電阻阻值與溫度的關(guān)系可以近似用下式 表示 ： 在 0～ 650℃ 范圍內(nèi)： Rt =R0 (1+At+Bt2) 在 200～ 0℃ 范圍內(nèi)： Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t100)t3) 式中 A、 B、 C 為常數(shù)， 其中 A=103； B=107； C=1012； 圖 22 電阻溫度曲線圖 鄭州輕工業(yè)學(xué)院傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 4 由于它的電阻 —溫度關(guān)系的線性度非常好， 電阻溫度曲線如圖 22 所示， 因此在測量較小范圍內(nèi)其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下： R=Ro(1+αT) 其中 α=, Ro為 100Ω(在 0℃ 的電阻值 ),T為華氏溫度。 Pt100 是電阻式溫度傳感器，測溫的本質(zhì)其實(shí)是測量傳感器的電阻，通常是將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號， 然后 再將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由處理器換算出相應(yīng)溫度。 測溫電路原理圖如下圖所示： 圖 如上圖所示，熱敏電阻 RT 和 RA1， RB1， RC1，以及可變電阻 R2 組成一個(gè)測溫電橋，在溫度為 20 度時(shí)，調(diào)節(jié) R2使電橋達(dá)到平衡。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻的阻值變大 ，電橋失去平衡，電橋輸出的不平衡電壓，經(jīng)過濾波后，輸入運(yùn)算放大器，進(jìn)行放大處理。 電橋的分析： R21k1KRT1Res Adj21KRA1Res21KRB1Res21KRC1Res2GNDVCCVout1Vout2鄭州輕工業(yè)學(xué)院傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 5 電橋原理圖： 電橋靈敏度的分析： 當(dāng)各橋臂發(fā)生微小變化時(shí)，電橋失去平衡，其輸出為： 鄭州輕工業(yè)學(xué)院傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 6 本次課程設(shè)計(jì)，放大模塊采用的是 OP07 放大集成電路。 OP07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于 OP07A 最大為 25μ V ，所以 OP07 在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。 OP07 同時(shí)具有輸入偏置電流低（ OP07A 為177。 2nA） 和開環(huán)增益高（對于 OP07A 為 300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。 OP07 具有以下 特點(diǎn)： 超低偏移： 150μ V最大 。 低輸入偏置電流： 。 低失調(diào)電壓漂移： V/℃ 。 超穩(wěn)定，時(shí)間： 2μ V/month 最大 高電源電壓范圍： 177。 3V至177。 22V OP07 的引腳分布如下圖所示： OP07 芯片引腳功能說明： 1 和 8 為偏置平衡 (調(diào)零端 )， 2 為反向輸入端， 3 為正向輸入端， 4 接地， 5 空腳 6 為輸出， 7接電源 +。 鄭州輕工業(yè)學(xué)院傳感器及應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書 7 OP07 放大電路的電路原理圖如下所示： 如上圖所示， 將測溫電橋的輸出用差分的方式輸入 OP07，放大 60倍以獲得合適的 AD 輸入電壓。 AD 轉(zhuǎn)換電路 此次課程設(shè)計(jì)的 AD轉(zhuǎn)換電路，負(fù)責(zé)將放大后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為可供單片機(jī)識別的數(shù)字信號。主要采用 TLC2543. TLC2543 是 TI公司的 12
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