【正文】 .............................................................................. 6 傳感器的選擇 ........................................................................................................................ 6 方案論證 ................................................................................................................................ 7 系統(tǒng)的工作原理 .................................................................................................................... 8 系統(tǒng)框圖 ................................................................................................................................ 9 第二章 硬件設(shè)計(jì) ................................................................................................................................ 9 PT100 傳感器特性和測(cè)溫原理 ............................................................................................. 9 硬件框圖以及簡(jiǎn)要原理概述 ............................................................................................ 11 恒流源模塊測(cè)溫模塊設(shè)計(jì)方案 ........................................................................................ 11 信號(hào)放大模塊 ...................................................................................................................... 12 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ....................................................................................................................... 15 單片機(jī)控制電路 .................................................................................................................. 18 顯示模塊 .............................................................................................................................. 19 第三章 軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................................................ 19 系統(tǒng)總流程的設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 19 主函數(shù)的設(shè)計(jì) ...................................................................................................................... 20 溫度轉(zhuǎn)換流程圖的設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 21 顯示流程圖 .......................................................................................................................... 21 按鍵流程的設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 22 第四章 數(shù)據(jù)處理與性能分析 ........................................................................................................ 23 采集的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理 ....................................................................................................... 23 性能測(cè)試分析 ...................................................................................................................... 23 第五章 結(jié)論與心得 ...................................................................................................................... 24 1 結(jié)論 ......................................................................................................................................... 24 2 心得 ......................................................................................................................................... 24 附錄 1 原理圖 ............................................................................................................................ 25 附錄 2 元器件清單 .................................................................................................................... 26 附錄 3 程序清單 ........................................................................................................................ 27 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 4 前 言 隨著科技的發(fā)展和“信息時(shí)代”的到來(lái)，作為獲取信息的手段 —— 傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，對(duì)其要求越來(lái)越高，需求越來(lái)越迫切。 ℃?；?Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 1 基于 PT100熱電 阻 的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量 儀 摘 要 ： 本文首先簡(jiǎn)要介紹了鉑電阻 PT100 的特性以及測(cè)溫的方法，在此基礎(chǔ)上闡述了基于 PT100 的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 本文采用 STC89C52RC 單片機(jī)， TLC2543 A/D 轉(zhuǎn)換器， AD620 放大器，鉑電阻 PT100 及 液晶 系統(tǒng)，編寫(xiě)了相 應(yīng)的軟件程序 ,使其實(shí)現(xiàn)溫度 及溫度曲線 的實(shí)時(shí)顯示。因此，了解并掌握各類(lèi)傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。溫度傳感器是其中重要的一類(lèi)傳感器。文中將傳感器理論與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用熱電阻作為溫度傳感器來(lái)測(cè)量實(shí)時(shí)的溫度，以及實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過(guò)程。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括溫 度傳感器，信號(hào)放大電路， A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ，數(shù)據(jù)處理與控制模塊，溫度、顯示模塊六個(gè)部分。 首先要考慮的就是溫度傳感器的選擇 。常用的熱電阻材料 有鉑、銅、鎳、鐵等，它具有高溫度系數(shù)、高電阻率、化學(xué)、物理性能穩(wěn)定、 良好的線性輸出特性等，常用的熱電阻如 PT100、 PT1000 等 。 熱電偶是目前接觸式測(cè)溫中應(yīng)用也十分廣泛的 熱電式傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)溫范圍寬、熱慣性小、準(zhǔn) 確度高、輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。目前運(yùn)用受限的主要原因一是價(jià)格相 對(duì)較貴，二是非接觸式溫度傳感器的輸出同樣存在非線性的問(wèn)題，而且其輸出 受與被測(cè)量物體的距離、環(huán)境溫度等多種其它因素的影響。 方案論證 溫度測(cè)量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及新興的智能型傳感器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，使用方便，測(cè)量范圍為 200℃～ 650℃，完全滿足要求，考慮到鉑電阻的測(cè)量精確度是最高的，所以我們?cè)O(shè)計(jì)最終選擇鉑電阻 PT100 作為傳感器。 系統(tǒng)的工作原理 測(cè)溫的模擬電路是把 當(dāng)前 PT100 熱電阻傳感器的電阻值，轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量的電壓值，經(jīng)過(guò)放大器放大信號(hào)后送給 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后傳給單片機(jī) STC89C52RC，單片機(jī)再根據(jù)公式換算把測(cè)量得的溫度傳感器的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，并將數(shù)據(jù)送出到 液晶 進(jìn)行顯示。 圖 11 系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖 第二章 硬件設(shè)計(jì) PT100 傳感器特性和測(cè)溫原理 電阻式溫度傳感器 (RTD, Resistance Temperature Detector)是指一種物質(zhì)材料作成的電阻 ,它會(huì)隨溫度的改變而改變電阻值。采用 Pt100 測(cè)量溫度一般有兩種方案： 方案一：設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源通過(guò) Pt100 熱電阻，通過(guò)檢測(cè) Pt100 上電壓的變化來(lái)?yè)Q算出溫度。再將溫度感 應(yīng)模塊產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)信號(hào)放大模塊就行放大，最后將放大的信號(hào)送 A/D轉(zhuǎn)換 。當(dāng) TL431 兩端接上電壓后其參考極將輸出穩(wěn)定的 的電壓，但是 TL431的陰極和陽(yáng)極不能直接接在電壓上所以需要串上一個(gè)電阻進(jìn)行分壓，本電路中使其串上 1500Ω的電阻。 表 21一 Pt100 分度表 基于 Pt100_熱電阻的簡(jiǎn)易溫度測(cè)量系統(tǒng) 13 放大器 AD620 放大器的選擇好壞對(duì)提高測(cè)量精度也 十分關(guān)鍵，根據(jù)查閱的相關(guān)資料，在放大器電路精選中，一般在首級(jí)放大器有低噪 聲、低輸入偏置電流、高共模抑制比等要求的大多采用自制的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，如 下圖 23所示，三運(yùn)放中由 A A2構(gòu)成前級(jí)對(duì)稱(chēng)的同相、反相輸入放大器，后級(jí) 為差動(dòng)放大器，在這個(gè)結(jié)構(gòu)圖中，要保證放大器高的性能，參數(shù)的對(duì)稱(chēng)性與一致 性顯得尤為重要，不僅包括外圍的電阻元件 R1與 R R3與 R R5與 R6，還包括 A1與 A2放大器的一致性，因此，要自制高性能的放大器對(duì)器件要求相當(dāng)高。 AD620 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由 OP07 組成的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，性能大大優(yōu)于自制的三運(yùn)放 IC 電路設(shè)計(jì)，其基本接法是在 1 腳與 8 腳之間外接一 RG 電阻，增益由式G=1+ /RG 確定，由于它的外圍電路十分簡(jiǎn)單，所以它在 本系