【正文】 個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷 ， 可編程串行 USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。所有的寄存器都直接與算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz，從而可以緩減系信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 13 統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 放大電路原理圖 系統(tǒng)測(cè)溫電路圖 綜合前面知識(shí)可畫出系統(tǒng)測(cè)溫電路圖，如圖 所示 圖 系統(tǒng)測(cè)溫電路圖 4 單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) Pt100溫度傳感器測(cè)試本系統(tǒng)中的單片機(jī)部分采用 ATmega16單片機(jī) 作為控制器的核心。由于本系統(tǒng)要求有 、 ， A／ D轉(zhuǎn)換的電壓范圍在 ? ，所以對(duì)于 Ptl00來(lái)講，當(dāng)溫度在 100℃時(shí)，其電阻的標(biāo)準(zhǔn)值為 138． 51Q。 ⑤當(dāng)然做恒流源還有很多方法， TL431的 Datasheet上就有 其作為恒流源的詳細(xì)介紹。 15V雙電源供電會(huì)有較大改善。 ②等效恒流源輸出的電流不能太大，以不超過(guò) 1mA為準(zhǔn)，以免電流大使得 Pt100電阻自身發(fā)熱造成測(cè)量溫度不準(zhǔn)確，試驗(yàn)證明，電流大于 。 根據(jù)虛地概念 “ 工作于線性范圍內(nèi)的理想運(yùn)放的兩個(gè)輸入端同電位 ” ，運(yùn)放 U1A的 “+”端和 “ ” 端電位 V+＝ V＝ ；假設(shè)運(yùn)放 U1A的輸出腳 1對(duì)地電壓為 Vo，根據(jù)虛斷概念（ 0V） /R1+（ VoV） /RPt100＝ 0，因此電阻 Pt100上的壓降 VPt100＝ VoV＝ V*RPt100/R1，因 V和 R1均不變，因此圖 Pt100電阻，電流大小為 V /R1， Pt100上的壓降僅和其自身變化的電阻值有關(guān)。 （ 2）恒流源式測(cè)溫電路 恒流源式測(cè)溫的典型應(yīng)用電路如圖 。 ⑤ 理論上，運(yùn)放輸出的電壓為輸入壓差信號(hào)放大倍數(shù)，但實(shí)際在電路工作時(shí)測(cè)量輸出電壓與輸入壓差信號(hào)并非這樣的關(guān)系，壓差信號(hào)比理論值小很多，實(shí)際輸出信號(hào)為 *(RPt100/(R1+RPt100) RVR2/(R1+RVR2)) （ ） 式中電阻值以電路工作時(shí)量取的為準(zhǔn)。 ④ VR2也可為電位器，調(diào)節(jié)電位器阻值大小可以改變溫度的零點(diǎn)設(shè)定，例如 Pt100的零點(diǎn)溫度為 0℃，即 0℃時(shí)電阻為 100Ω，當(dāng)電位器阻值調(diào)至 ，溫度的零點(diǎn)就被設(shè)定在了 25℃。差動(dòng)放大電路中 R3＝ R R5＝ R放大倍信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 10 數(shù)＝ R5/R3，運(yùn)放采用單一 5V供電。下面分別對(duì)橋式電路和恒流源式電路的原理在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意事項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明 （ 1）橋式測(cè)溫電路橋式測(cè)溫的典型應(yīng)用電路如圖所示（圖 ，分別畫出來(lái)是為了說(shuō)明兩線制接法和三線制接法的區(qū)別）。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將 Pt電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來(lái)后存入 EEPROM中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的 AD值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值。 PT100是一種廣泛 應(yīng)用的測(cè)溫元件，在 50℃ — 600℃℃范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。C ） 2] C= 1012[1/（ 176。C 之間，鉑熱電阻 的電阻與溫度之間的關(guān)系為 Rt=R0(1+At+Bt2) （ ） A、 B、 C為溫度系數(shù)，他們的值為 A= 103[1/176。C 之間，鉑熱電阻的電阻與溫度之間的關(guān)系為 Rt=R[1+At+Bt2+Ct3(t100)] （ ） 在溫度范圍 0176。C ） 在溫度范圍 200176。C 時(shí)的電阻值 信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 9 R0— 導(dǎo)線材料在溫度為 0176。C 時(shí)的電阻率 ? — 導(dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)（ ? /176。當(dāng)不考慮溫度的影響時(shí)，導(dǎo)體的電阻值 R可以用下面的關(guān)系式表示： LR S??? （ ） 式中 ? — 電阻率（ cm?? ） L— 導(dǎo)線長(zhǎng)度（ cm） S— 導(dǎo)線截面積（ cm2） 當(dāng)考慮溫度的影響時(shí)，而導(dǎo)體材料的電阻率 ? 隨溫度變化的關(guān)系為： ? t=? 0（ 1+? t） （ ） 式中 ? t— 導(dǎo)線材料在溫度為 t176。此外，鉑電阻一般是采用無(wú)感繞制的，要盡可能地減 d、電阻中的電感值。因?yàn)榻饘俚碾娮枧c溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。鉑絲粗則強(qiáng)度好，熱惰性大，成本就高。 毫米的鉑絲單層繞制而成。常見的鉑熱電阻是桿式鉑電阻，它是由鉑絲、絕緣架和保護(hù)套管組成。C — +100176。C ，所以有稱為低溫鉑電阻。囊式鉑電 阻的下限溫度低，可使用于 263176。C — 1100176。C — 630176。 鉑電阻的結(jié)構(gòu)和性能 鉑電阻常用的有兩種：桿式和囊式。C 時(shí)，則 ? pt= 108[? .m] ? Cm= 108[? .m] ? Nt= 108[? .m] （ 3） 已得到高純材料，易提純，復(fù)制性好，互換性好。C 一 100176。C) ，并用它來(lái) 替代精確度稍差的鉑鐒一鉑標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。它 的下限溫度已經(jīng)延伸到平衡氫三相點(diǎn)溫度 ()，并且人們還在努力把它的 上限點(diǎn)提高到銀的凝固點(diǎn) (+176。 1871年西門子 (C． w． Simens)把鉑絲繞在粘土上，然后再套上鐵管構(gòu)成電阻感溫元件，作為測(cè) 溫的工具。系統(tǒng)很容易進(jìn)行擴(kuò)展。 在上面幾種方案中，雖然它們各自有自已的優(yōu)點(diǎn)，特別是第二種方案，它的硬件很簡(jiǎn)單，只要把程序?qū)懞?，就能夠運(yùn)行了。 （ 3）顯示部分 方案一采用的是一種將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成七段碼的 ADC，可以采用 ICL7106來(lái)將采集到的溫度進(jìn)行顯示，這種方案很簡(jiǎn)單，但是它的可控性很差，只能進(jìn)行顯示。方案二采用的傳感器是 DS18B20，這種傳感器雖然硬件簡(jiǎn)單，但是成本較高。這樣就只能完成對(duì)溫度的顯示。 方案三： 采用 pt100熱電阻作為溫度采集的傳感器，把采集到的溫度直接送到 atmega16單片機(jī)，經(jīng)過(guò) atmega16單片機(jī)處理后送到顯示器，顯示器將顯示采集的溫度， 總體設(shè)計(jì)方案論證 四種方案的比較 （ 1）控制部分 方案二、三都采用了單片機(jī)作為控制，作為一種新型的微處理器，可以通過(guò)智能編程的方式，可以進(jìn)行擴(kuò)展，而且能夠具有超溫報(bào)警和自動(dòng)控制功能。 0675℃，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 200ns。 信息工程學(xué) 院課程設(shè)計(jì)（論文） 5 2 總體設(shè)計(jì)方案 提出總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)數(shù)字溫度計(jì)題目的要求，提出以下幾種方案： 方案一： 采用了最簡(jiǎn)單的方式，就是將傳感器輸出的信號(hào)，經(jīng)過(guò) D/A轉(zhuǎn)換后直接顯示。本文就介紹了一種以 MSP430單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， Pt膜溫度傳感器的參數(shù)經(jīng)過(guò)電路轉(zhuǎn)換后成為可測(cè)量的參數(shù)，傳給上位機(jī)完成 Pt膜溫度傳感器性能參 數(shù)的測(cè)量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大多采用單片機(jī)作為微處理器，以此來(lái)測(cè)量各種參數(shù)的大小，并將測(cè)量值通過(guò)串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)：采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī) 能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)，根據(jù)不同的需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)可分為集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，前者的特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理與控制，上位機(jī)與被測(cè)對(duì)象的位置較進(jìn)，時(shí)實(shí)性強(qiáng)，適用于上位機(jī)與被測(cè)對(duì)象距離較短目標(biāo)采集，速度要求較高的場(chǎng)合。將被測(cè)對(duì)象的各種參量檢測(cè)采集后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī) 進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理，這一過(guò)程稱為“數(shù)據(jù)采集”。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的出現(xiàn)改變了信息與信號(hào)處理技術(shù)的整個(gè)面貌，而數(shù)據(jù)采集作為數(shù)字信號(hào)處理的必不可少的前期工作在整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中起到關(guān)鍵性、乃至決定性的作用，其應(yīng)用已經(jīng)深入到信號(hào)處理的各個(gè)領(lǐng)域中。應(yīng)用領(lǐng)域除軍事外，還適用于自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人、海洋監(jiān)視、地震觀測(cè)、建 筑、空中交通管制、醫(yī)學(xué)診斷、遙感技術(shù)等方面。其信息融合在不同信息層次上出現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)層融合、特征層融合、決策層融合。多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)也促進(jìn)了傳感器技術(shù)的發(fā)展。多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)正在形成熱點(diǎn)，它形成于 20世紀(jì) 80年代，它不同于一般信號(hào)處理，也不同于單個(gè)或多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)和測(cè)量，而是對(duì)基于多個(gè)傳感器測(cè)量結(jié)果基礎(chǔ)上的更高層次的綜合決策過(guò)程。目前主要是指采用多種現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng) (互聯(lián)網(wǎng) )，這要按各行業(yè)的特點(diǎn)，選擇其中的一種或多種，近年內(nèi)最流行的有 FF、 Profibus、 CAN、 LonworkS、 AS— imerbus、TCP／ IP。 MEMS的發(fā)展，把傳感器的 微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng) (MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)上的，目前已成功應(yīng)用在硅器件上形成硅壓力傳感器 (如 EJX變送器 )。近年來(lái)，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。 在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中，傳感器和檢測(cè)儀表是不可或缺的一部分的理由，還可由以下兩方面來(lái)看：傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備如在其上增加了必要的傳感器，配備精密測(cè)量部件，則其功能和精度可以提高，便于用戶操作和維護(hù)，安全等級(jí)也可以提高，設(shè)備可以增值；工業(yè)設(shè)備作為自動(dòng)化系統(tǒng)的控制對(duì)象或作為自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分，必須能與自動(dòng)化系統(tǒng)的三部分相兼容或提供接口，使之集成為一個(gè)有機(jī)的整體，無(wú)論是單機(jī)自動(dòng)化或作為大型自動(dòng)化裝置的一部分，都使該工業(yè)設(shè)備的用途擴(kuò)大。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A／ D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器 (或寄存器 )和 接口電路。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。．目前，國(guó)際上一些著名的 IC廠家已開始研制單片測(cè)溫系統(tǒng)，它是在芯片上集成一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達(dá) 108— 109元件／片，這將給 IC產(chǎn)業(yè)及 IC應(yīng)用帶來(lái)劃時(shí)代的進(jìn)步。由美國(guó) DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的 DSl624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出 13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá) 0． 03125℃，測(cè)溫精度為正負(fù) 0． 2℃。進(jìn)入 二十一世紀(jì)后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 2020年上半年，產(chǎn)品產(chǎn)銷量繼續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到“十一五”期末，敏感元器件與傳感器年總產(chǎn)量可望達(dá)到 20億只，銷售總額將達(dá)約 120億元，從而初步形成了電子制造業(yè)中的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。改革開放二十多年來(lái)，我國(guó)建立了“傳感技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 、“微米／納米國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室’’、“國(guó)家傳感技術(shù)工程中心’’等研究開發(fā)基地；在“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，傳感器技術(shù)研究取得了 51個(gè)品種 86個(gè)規(guī)格的新產(chǎn)品， 2020年總產(chǎn)量超過(guò) 13億只，品種規(guī)格已有近 6000種；同時(shí)全國(guó)已有 1688家企事業(yè)單位從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，其中從事 MEMS(微電子與微機(jī)械的結(jié)合 )研制生產(chǎn)的已有 50多家。傳感器產(chǎn)業(yè)也是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它以其技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、