基于pt10測溫系統(tǒng)設(shè)計——畢業(yè)設(shè)計-展示頁
2025-03-10 10:18本頁面
【正文】 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。 PT100 溫度傳感器是一種以鉑 (Pt)做成的電阻式溫度傳感器，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)， A=103； B=107； C=1012； 4 由于它的電阻 — 溫度關(guān)系的線性度非常好，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，因此鉑做成的電阻式溫度傳感器，又稱為 PT100。 目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越??；銅電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過 150℃ 易被氧化 ，所以對于要測量 150℃以上的溫度，宜采用銅電阻，其代表產(chǎn)品就是 PT100。半導(dǎo)體熱敏電阻測溫范圍只有 50℃ ～ 300℃ 左右 , 且互換性較差，非線性嚴重，但溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上）。 現(xiàn)階段主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。 ○ 熱電阻 熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。 ○ 集成溫度傳感器 集成溫度傳感器可分為模擬式溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器，前者是將驅(qū)動電路、信號處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片 IC 上，具有實際尺寸小、使用方便、靈敏度高、線性度好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，常用的模擬式溫度傳感器有LM391 LM33 LM4 AD2210 AD590 等；數(shù)字式溫度傳感器將敏感元件、 A/D轉(zhuǎn)換單元、存儲器 等集成在一個芯片上，直接輸出反應(yīng)被測溫度的數(shù)字信號，使用方便，但響應(yīng)速度較慢。 常用的熱電偶從 50~+1600℃ 均可 連 續(xù)測量，某些特殊 熱電偶 最低可測到 269℃ （如金鐵 鎳鉻），最高可達 +2800℃ （如鎢 錸）。 器件的選型及介紹 溫度傳感器的選型 溫度傳感器可分為接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器兩大類，非接觸式溫度傳感器如紅外溫度傳感器一般價格較為昂貴，適用于特備精密的場合，在本設(shè)計中明顯不符合要求，故采用接觸式溫度傳感器來完成本次設(shè)計任務(wù)。 關(guān)鍵字： AT89S51 單片機 TLC2543 PT100 調(diào) 理電路 1 1 方案設(shè)計 設(shè)計要求 ① 設(shè)計一個測溫系統(tǒng)，要求測溫范圍 200～ 500℃， 分辨率為 1℃； ② 畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖， 說明各電路的作用，系統(tǒng)實現(xiàn)的功能； ③ 選擇一種合適的溫度傳感器， 說明選擇理由； ④ 說明該溫度傳感器的工作原理，推導(dǎo)輸入輸出關(guān)系式； ⑤ 設(shè)計模擬信號調(diào)理電路，推導(dǎo)溫度輸入和調(diào)理電路輸出的表達式； ⑥ 選擇 A/D轉(zhuǎn)換器，計算放大器的放大倍數(shù)； ⑦ 設(shè)計人 機接口電路，（參數(shù)如何設(shè)置？ 數(shù)據(jù)如何顯示？）； ⑧ 繪制基于單片機的溫度測量系統(tǒng)的硬件電路圖； ⑨ 所采用測量數(shù)據(jù)的基本處理算法的流程圖以及程序設(shè)計； ⑩ 證明所設(shè)計的系統(tǒng)能夠達到測溫范圍和分辨率的要求。 摘要 本設(shè)計是基于單片機的溫度測量系統(tǒng)，具體采用了 AT89S51 單片機作為核心器件， PT100 作為溫度傳感器，采用 TLC2543 來實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變，用四位共 陽 極 LED 數(shù)碼管作為顯示器。根據(jù)該溫度傳感的特性，將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，然后結(jié)合理論計算，設(shè)計調(diào)理電路，將輸出的模擬信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換，在將數(shù)字信號傳送到單片機進行處理，并把最終數(shù)值通過數(shù)碼管顯示，整個過程中使用 protues 軟件 進行仿真來進行調(diào)試，并檢驗設(shè)計成果。 系統(tǒng)框圖及原理 圖 11 系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖 該系統(tǒng)的設(shè)計原理為：通過感溫元器件可以將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，一般選用電壓信號，將電壓信號經(jīng)過濾波、放大達到一定要求之后就可以進行 A/D轉(zhuǎn)換，從模擬信號變成單片機可以識別和直接處理的數(shù)字信號，單片機經(jīng)過一系列的算法， 傳感器及其信號調(diào)理電路 A/D 轉(zhuǎn)換 電路 AT89S51 單片機 顯示器及 顯示電路 2 根據(jù)所采得的數(shù)字信 號的值，反推溫度出溫度傳感器所在環(huán)境的溫度，并通過 LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的溫度。 常用接觸式溫度傳感器主要有熱電偶、熱電阻以及集成溫度傳感器三大類： ○ 熱電偶 熱電偶的測溫原理：兩種不同成分的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合 點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表連接，顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢，通過查詢熱電偶分度表，即可得到被測介質(zhì)溫度，而這種電動勢稱為熱電動勢。 但由于熱電偶普遍的線性度不太好，而且需要做冷端補償，這樣以來增加了電路設(shè)計的復(fù)雜性，且也給軟件編程帶來了不方便之處。 但除了集成溫度傳感器價格較高之外，一般集成溫度傳感器的測溫范圍 55℃～ 3 +150℃，遠達不到本次設(shè)計所 要求的 200℃～ 500℃，故本次設(shè)計中不能應(yīng)用集成溫度傳感器。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出溫度。金屬熱電阻一般適用于200℃ ～ 500℃ 范圍內(nèi)的溫度測量，其特點是測量準 確、穩(wěn)定性好、性能可靠。故對于本次設(shè)計要求的來看，只能采用金屬熱電阻。 PT100 精度高，線性度較好，測溫范圍廣，價格相對不高，是本次設(shè)計的首選溫度傳感器。 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)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點，其得到了廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計即采用 PT100 作為溫度傳感器。 TLC2543 的主要性能為： ① 逐次逼近 ADC,可選擇工
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