基于PT100的温度测量系统设计毕业论文

开题信息摘 要根据要求设计一个基于 STC12C5A60S2单片机处理,PT100 为传感器的温度测量系统。在本设计中，是以铂电阻 PT100作为温度传感器，采用恒流测温的方法，通过单片机进行控制，以 LM358作为信号放大，用 ADC0832进行温度信号转换。利用 3位共阳数码管作为温度显示。采用了两线制铂电阻温度测量电路，通过对电路的设计，减小了测量电路及 PT100自身的误差，使温控精度在0100范围内分辨率为 1。本设计简单实用，具有外围电路简洁，可靠性高等优点。主要由电源电路，单片机复位电路，单片机晶振电路， ，ADC0832转换电路，铂电阻 PT100及 3位共阳数码管组成系统，编写了相应的软件程序,使其实现温度的实时显示。该系统的特点是：使用简便；测量精确、稳定、可靠；测量范围大；使用对象广。目 录1 设计要求1.1任务要求2 系统方案设计2.1总系统方案2.1.1电源系统2.1.2温度检测与处理2.1.3模数转换2.1.4温度显示2.1.5信号放大部分2.2系统方案图3 硬件设计3.1温度检测模块的设计3.1.1PT100温度传感器简介3.1.2温度检测及信号处理电路3.2模数转换3.2.1 ADC0809简介3.2.2模数转换电路图3.3 3位共阳数码管的显示电路的设计3.3.1 LED数码管编码3.3.2 LED数码管显示方式选择4 软件设计4.1程序设计语言的选用4.2软件程序的设计4.2.1总体程序流程4.2.2温度信号采集处理 15 系统调试结 论参考文献附录 A系统总电路图附录 B元件清单附录 C系统源程序1 设计要求1.1任务要求单片机实现测量温度检测范围 0100 C，分辨率 1C。硬件要求；采用的温度传感器为 PT100，单片机 STC12C5A60S22 系统方案设计2.1总系统方案该设计由四部分组成：电源系统，温度检测与处理，模数转换，温度显示。测温的模拟电路是把当前 PT100热电阻传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过放大器放大信号后送给 A/D转换器把模拟电压转为数字信号后传给单片机 STC12C5A60S2，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值，并将数据送出到数码管进行显示。另外，以实现温度的实时监控。包括温度信号采集单元，时间信号采集单元，单片机数据处理单元，温度显示单元。其中温度信号的数据采集单元部分包括温度传感器、温度信号的获取电路（采样） 、放大电路、A/D 转换电路。2.1.1电源系统电源为所有的电路供电，一个质量稳定的电源在系统中起到至关重要的作用。按设计要求选择了一个 5V直流电源作为系统供电。2.1.2温度检测与处理根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计。最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件，主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，在低温下还有碳、锗和铑铁电阻温度计。精密的铂电阻温度计是目前最精确的温度计，温度覆盖范围约为 14903K，其误差可低到万分之一摄氏度，它是能复现国际实用温标的基准温度计。我国还用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标，用它作标准来检定水银温度计和其他类型的温度计。分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用。它的测量范围为-260至 600左右。2.1.3模数转换模拟信号只有通过 A/D转化为数字信号后才能用软件进行处理，这一切都是通过 A/D转换器（ADC）来实现的。与模数转换相对应的是数模转换，数模转换是模数转换的逆过程，接下来本文将主要介绍几种模数转换的方法以及模数转换器的参数等。2.1.4温度显示当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是 a亮 b亮 g亮 e亮 d亮 f不亮 c不亮 dp不亮。LED 数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有 0.5寸、1 寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为 1.8V左右，电流不超过 30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用 LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。图 2.1 系统方案图2.1.5信号放大部分结合实际设计考虑，放大部分采用了 LM358运放。LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合.特性内部频率补偿直流电压增益高(约 100dB)单位增益频带宽(约 1MHz)电源电压范围宽：单电源(330V)双电源(1.5 一15V)压摆率(0.3V/us)低功耗电流，适合于电池供电 低输入偏流低输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽，包括接地差模输入电压范围宽，等于电源电压范围输出电压摆幅大(0 至 Vcc-1.5V)图 2.1 LM358示意图3 硬件设计 3.1温度检测模块的设计3.1.1PT100温度传感器简介pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT 后的 100即表示它在 0时阻值为 100欧姆，在 100时它的阻值约为 138.5欧姆。它的工作原理：当 PT100在 0摄氏度的时候他的阻值为 100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：-200因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为 PT100。1：Vo=2.55mA 100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。2：量测 Vo时,不可分出任何电流,否则测量值会不准。电路分析由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于 7.2V齐纳二极体的作用,使得 1K电阻和 5K可变电阻之电压和为 6.5V,靠 5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为2.55mA,使得量测电压 V如箭头所示为 0.255+T/1000。其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大 10倍,使得运算放大器输出为 2.55+T/100。6V齐纳二极体的作用如 7.2V齐纳二极体的作用,我们利用它调出 2.55V,因此电压追随器的输出电压 V1亦为 2.55V。其后差动放大器之输出为 Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果当前室温为 25,则输出电压为 2.5V。3.1.2温度检测及信号处理电路热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。通常将其放在电桥的桥臂上，温度变化时，热电阻两端的电压信号被送到仪器放大器 AD623 的输入端，经过仪器放大器放大后的电压输出送给A/D 转换芯片，从而把热电阻的阻值转换成数字量 。ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。其最高分辨可达 256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为 32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。温度检测电路图如 3-1所示。3.2模数转换3.2.1 ADC0832简介特点 输入输出电平与 TTL/CMOS相兼容； 5V电源供电时输入电压在 05V之间； 工作频率为 250KHZ，转换时间为 32S； 一般功耗仅为 15mW； 8P、14PDIP（双列直插） 、PICC 多种封装； 商用级芯片温宽为 0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C；芯片接口说明： CS_片选使能，低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用。 GND 芯片参考 0 电位（地） 。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用） 。 ADC0832 为 8位分辨率 A/D转换芯片，其最高分辨可达 256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 05V之间。芯片转换时间仅为 32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。ADC0832引脚如图 3.2所示。3.2.2模数转换电路图图 3.4 模拟转换原理图3.3 LED显示电路的设计在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED 数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。3.3.1 LED数码管编码LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。图 3.5(a)所示为 0.5英尺 LED数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应 ag笔段构成“ ”字形另一只发光二极管 dp作为小数点。因此这种 LED显示器称为七段数码管或八段数码管。图 3.5 led数码管数码管按电路中的连接方式可以分为共阴极和共阳极两大类，如图3.5（b）所示。共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，公共端 COM接高电平，ag、dp 各笔段通过限流电阻接控制端。某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光。控制这几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起，作为公共端 COM接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是 a亮 b亮 g亮 e亮 d亮 f不亮 c不亮 dp不亮。LED 数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有 0.5寸、1 寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二