【正文】 基于 PT100 傳感器以單片機作為控制單元的溫度測量控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)溫度的高精度測量控制被 廣 泛 的 應(yīng) 用 于 化工、冶金、電力、電子、輕工、紡織以及其他公共場合的供水、飲水裝置等行業(yè)中，使 產(chǎn) 品 小型 化 、 智 能 化 ， 既 提 高 了 產(chǎn) 品 的 功 能 和 質(zhì) 量 ， 又 降 低 了 成 本 ， 簡 化 了 設(shè) 計 ， 是 一 種 不 錯 的 溫 度測 量 選 擇 。特別是在高性能、高精度的器件的生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用、高要求的實驗環(huán)境的建立等方面，都有高精度溫度控制儀表的需求。二、國內(nèi)外研究綜述 隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。本設(shè)計涉及到的相關(guān)開發(fā)資料豐富，各種開發(fā)工具應(yīng)有盡有，器件供貨充足，價格低廉，能夠很好的實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。在微型自動控制控制領(lǐng)域，單片機應(yīng)用十分廣泛，也是組成各種控制單元的核心部件，單片機的系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用更是一個合格畢業(yè)生應(yīng)該具備的一種基本的能力，單片機與溫度傳感器的結(jié)合實現(xiàn)對溫度的測量和顯示控制。這三個月的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。在這里非常感謝指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助，并致以誠摯的謝意！同時，身邊的同學(xué)也給了我提供了許多的幫助。29附錄 A WZP 型鉑熱電阻（Pt100）分度特性表 R0=100 歐溫度（℃）0 1 2 3 4 5 6 7 8 9電阻值（歐姆）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 30附錄 B 總電路圖Vcc21X12X23GND4 RST 5I/O 6SCLK 7Vcc 8U4DS1302EA/VPP 31XTAL119 XTAL218RST/VPD916 38 36 34 32 23 26 28PSEN 29ALE/PROGVcc 40Gnd20AT89S5XAT1KEY1KEY2KEY3Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6C230pR910kR16 R205KR740k1327 Y18532 6741U1OP078532 6741U3AD6208532 6741U2op07VR310kVR12kR17500R11PT100R82kBAT1 30pR1 R2 R3 R4 R5 R6VR24k+12V12VVCVC+12V12V+12V12V VCVCVC1234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED21234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED31234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED41234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED51234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED61234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED1abcdefgdpa a a a a abbbbbbc c c c c cdddddde e e e e effffffg g g g g gdpdpdpdpdpdp1 2 3 4 5 6123456Y212MC3102C12104C1310uFR1010kR15VC1234D1Vin1 Gnd2+5V 3LM1LM7805CTT1220VC71000uFC51000uFC41000uFC61000uF+5VR1210KR1310KR1410KVCVin1 Gnd2+12V 3TM1LM7812CTVin2 Gnd112V 3TM2LM7912CTC8C11C9C10D2LEDD3LEDR181kR191k+12V12VA01 A12A23 A34A45 A56A67 A78A89 GND10 A9 11A10 12R13R+ 14/CS 15DO16DI 17CLOK 18EOC19VC 20*U1TLC2543VCVC12345678161514131211109RP1VC 31致 謝在本次畢業(yè)設(shè)計中，我得到了指導(dǎo)老師的熱心指導(dǎo)。雖然在制作過程中不可避免地遇到很多問題，但是最后還是在老師以及同學(xué)的幫助下圓滿解決了這些問題，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)設(shè)計與最后調(diào)試，相關(guān)指標(biāo)達到預(yù)期的要求，很好地完成了本次設(shè)計任務(wù)。 通過本次溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計，我對溫度測量控制有了進一步的熟悉和更深入的學(xué)習(xí)。另外，在仿真過程中，按鍵會可能產(chǎn)生抖動現(xiàn)象，可以通過硬件來消除抖動。本仿真電路的前置電路的兩級放大電路中，通過調(diào)節(jié)一級放大器和二級放大電路的偏置電路中滑動變阻器范圍來調(diào)節(jié)測溫范圍，使輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬電壓在 05V 范圍內(nèi)，這樣才能進行 A/D 轉(zhuǎn)換。另外，由于在 Proteus 軟件中不能仿真 LM336 恒壓源，所以在本次 的恒壓原代替。總之，該軟件是一款集單片機和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。目前支持的單片機類型有：6800 系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系列、PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、HC11 系列以及各種外圍芯片。}24第四章 電路仿真的設(shè)計與分析第一節(jié) Proteus 仿真軟件介紹Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。m2=m1+2576700。m5=。j=read2543(0)。ad=1。 delay(6)。0x80)。for(i=0。}uint read2543(uchar port) //TLC2543 驅(qū)動程序{ uint ad=0,i。程序如下：void delay(uchar n) //延時程序{uchar i。 Decimal=bcd4。SCLK=1。RST=1。}uchar read_1302(uchar add) //向 1302 讀出數(shù)據(jù){uchar temp。write_byte(dat)。SCLK=0。SCLK=0。for(a=8。//delayus(10)。for(a=8。(我們通過最小二乘法進行線性擬合，得到如下的數(shù)學(xué)模型為：T1= 049℃T2= 50－70℃T3= 71－100℃上述 3 個數(shù)學(xué)模型中，最大的理論誤差值都小于 ℃，能夠滿足精度要求，實際上如17果有足夠的時間，我們完全可以分得再細(xì)一些，這樣理論的誤差將會變得更小。如果用查表法，主要有 2 個問題，如果要提高測量精度，則需要建立大量的表格，而且得提前做大量得試驗來進行多點校正，還有一個問題是程序的通用性差，這臺儀器上校正好得數(shù)據(jù)可能在另一臺上不合適。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便達到測量控制目的。因此，軟件設(shè)計在微機測量控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。15KEY1KEY2KEY3R1210KR1310KR1410KVCC 圖 210 按鍵電路2. 顯示電路 本設(shè)計采用 6 個 LED 共陽極數(shù)碼通過三極管驅(qū)動來進行時間溫度數(shù)據(jù)的顯示。如圖 29 所示。 DS1302 與 RAM 相 關(guān) 的 寄 存 器 分 為 兩 類 ： 一 類 是 單 個 RAM 單 元 ， 共 31 個 ，每 個 單 元 組 態(tài) 為 一 個 8 位 的 字 節(jié) ， 其 命 令 控 制 字 為 C0H～ FDH， 其 中 奇 數(shù) 為 讀 操 作 ，偶 數(shù) 為 寫 操 作 ； 另 一 類 為 突 發(fā) 方 式 下 的 RAM 寄 存器 ， 此 方 式 下 可 一 次 性 讀 寫 所 有 的 RAM 的 31 個 字 節(jié) ， 命 令 控 制 字 為 FEH（寫）和FFH（讀） 。 同 樣 ， 在 緊 跟 8 位 的 控 制 指 令 字 后 的下 一 個 SCLK 脈 沖 的 下 降 沿 讀 出 DS1302 的 數(shù) 據(jù) ， 讀 出 數(shù) 據(jù) 時 從 低 位 0 位 到 高 位7。 控 制 字 節(jié) 的 最 高 有 效 位 (位 7)必 須 是 邏 輯 1， 如 果它 為 0， 則 不 能 把 數(shù) 據(jù) 寫 入 DS1302 中 ， 位 6 如 果 為 邏 輯 0， 則 表 示 存 取 日 歷 時 鐘 數(shù) 據(jù) ，為 1 表 示 存 取 RAM 數(shù) 據(jù) 。 I/O 為 串 行 數(shù) 據(jù) 輸 入 輸 出 端 (雙 向 )， 后 面 有 詳 細(xì) 說 明 。 當(dāng) RST 為 高 電 平 時 ， 所 有 的 數(shù) 據(jù) 傳 送 被 初 始 化 ， 允 許 對 DS1302進 行 操 作 。 當(dāng) Vcc2 小 于 Vcc1 時 ， DS1302 由Vcc1 供 電 。1. 引 腳 功 能 及 結(jié) 構(gòu) 　 　 DS1302 的 引 腳 排 列 ,其 中 Vcc1 為 后 備 電 源 ， VCC2 為 主 電 源 。 采 用 三 線 接 口 與 CPU 進 行 同 步 通 信 ， 并 可 采 用 突 發(fā) 方 式 一 次 傳 送 多 個字 節(jié) 的 時 鐘 信 號 或 RAM 數(shù) 據(jù) 。根據(jù) TLC2543 時序圖可以看出，在 TLC2543 的 CS 變低時開始轉(zhuǎn)換和傳送過程，I/O CLOCK 的前 8 個上升沿將 8 個輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器，同時它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余 11 位移出 DATA OUT 端，在 I/O CLOCK 下降沿時數(shù)據(jù)變化。通常 REF＋接 VCC，REF－接 GND。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端?！　S：片選端，CS 由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計數(shù)器，并控制和使能DATA OUT、 DATA INPUT 和 I/O CLOCK。1LSB；(6) 低供電電流 (1mA 典型值)；(7) 掉電模式電流為 4μA。 在本設(shè)計系統(tǒng)中，為了將模擬量溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，采用德州儀器公司生產(chǎn)的 12 位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC2543，它具有三個控制輸入端，采用簡單的 3 線 SPI 串行接口可方便地與微機進行連接，是 12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。輸入電壓越大反向積分時間越長，用高頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖計數(shù)測此時間，即可得到相應(yīng)于輸入電壓的數(shù)字量。根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理，常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器可分為兩種，雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。AD620 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由 OP07 組成的三運放結(jié)構(gòu)，性能大大優(yōu)于自制的三運放 IC 電路設(shè)計，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+，由于它的外圍電路十分簡單，所以它在本系統(tǒng)中的應(yīng)用見下圖 24 所示。第四節(jié) 放大電路的設(shè)計 放大器的選擇好壞對提高測量精度也十分關(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放結(jié)構(gòu)，如下圖 23 所示，三運放中由 AA2 構(gòu)成前級對稱的同相、反相輸入放8大器，后級為差動放大器，在這個結(jié)構(gòu)圖中，要保證放大器高的性能，參數(shù)的對稱性與一致性顯得尤為重要，不僅包括外圍的電阻元件 R1 與 RR3 與 RR5 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器件要求相當(dāng)高。A 圖單臂橋式 B 圖恒流源式圖 21 兩種信號獲取的結(jié)構(gòu)電路根據(jù)測試技術(shù)的有關(guān)知識，圖 21 中的 A 圖的輸出與電阻的阻值不是個正比的關(guān)系，因而數(shù)據(jù)處理起來特別麻煩，尤其是用單片機來處理這些非線性的問題；而圖 B 的由于恒流7源的作用，使得電壓輸出與電阻成良好的線性關(guān)系，因此，本系統(tǒng)采用恒流源電路來獲取溫度信號。兩種方案的區(qū)別只在于信號獲取電路的不同，其原理上基本一致。PT100 溫度傳感器的測量范圍廣：200℃～+650℃，偏差小，響應(yīng)時間短，還具有抗振動、穩(wěn)定