智能铂电阻测温模块设计方案

毕业设计方案毕业设计方案题 目 智能铂电阻测温模块 学 院 自动化与电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 班 学 生 学 号 2 指导教师 李 聪 二一三年四月二日 - 6 -济南大学学院 自动化与电气工程学院 专业 电气工程及其自动化 学生 学号 设计题目 智能铂电阻测温模块 一、选题背景与意义1.1 国内外研究现状1.2 选题目的和意义在当今资源紧张的社会，为节约资源同时实现节能减排，工业测温多采用总线通讯的多路采集模块。智能铂电阻现场温度采集模块可使现场总线系统得到更大的提高。 在工业上基于单片机的温度采集模块是数字控制系统的一种，如：石油化工、冶金、机械铸造、水泥等各类工业。在产品中应用单片机，不但简化了电路，缩小了产品体积，降低成本，还增强可靠性，加快响应速度，全面提高产品性能。二、设计内容2.1 研究内容2.2 预期研究成果3、 设计方案3.1 系统总体方案的设计温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器八路选择开关放大器与A/D转换STM8S微控制器通讯上位机显示软件各个部分的电源图3.1系统框图3.2 系统各个单元的方案设计3.2.1电源部分3.2.2 A/D转换3.2.4 多路复用单元3.2.5 RS485通讯单元方案一：采用集成的RS232转RS485的模块。此方案优点：可靠性比较高，工业上广泛应用；缺点：不利于模块的集成化。方案二：采用RS485转换芯片。由于单片机自带串行通讯口，仅需将RS232电平转换成RS485即可。此类RS485通讯电路接口简单、控制方便、使用灵活、成本极低，已广泛应用于工业过程控制系统中。为有利于系统的集成化，选择方案二，使用集成芯片将单片机的RS232为RS485通讯。工业上应用较多、成本较低、性能可靠的RS485芯片有LT485、MAX48510、SN65BC184、SN75176等。3.2.6 线电阻补偿单元影响模块测量精度的主要是铂电阻的线电阻补偿11。如果做不好线电阻补偿，那么整个系统的精度都将受影响。所以，必须做好线电阻的补偿。铂电阻线电阻补偿方案有。方案一：四线制测量，测量线路和激励线路分开。优点：获得很高的精度；缺点：需高精密的恒流源和四线制传感器，对测量过程和设备要求较多。此法每路均需四条导线。方案二：三线制测量，用电桥抵消线电阻的影响。此方法较为成熟，常用于传统仪表中，有良好精度。由于电桥参数12会随器件的性能的改变而改变，所以很难适合不同种类的传感器。方案三：两线制测量，接入较粗的导线，忽略导线的电阻。该方法最简单，但引入误差很大。方案四：两线制测量，在远端人工短接传感器13，单片机自动补偿线电阻。该方法仅需在现场接线完成时人工操作一次，就可完成此线路的线电阻补偿。综合各种方案的优缺点，选择方案四。3.2.7 单片机的选型单片机的选型有两种方案。方案一： 8051内核的STC80C5X14系列单片机。51内核的单片机在我国应用较广泛，其成本较低。STC系列的单片机是高速、宽电压、高可靠性、超强抗干扰、低功耗的新型8051单片机，其指令完全兼容8051，并且其速度快。内部集成了2路PWM输出、复位电路、高速A/D转换。方案二：用ST的单片机。意法半导体（ST）15公司是全球知名的集成电路公司。STM8S系列单片机16是8位高性能单片机,其时钟频率可达到24M，最高指令执行速度为20MIPS，FLASH达到128K，且集成了ADC、EEPROM、UART、定时器、SPI、I2C等多种外设。STM8S系列单片机具有高性能、高可靠性、低成本的特点15。从多个方面的信息的应用来看，STC系列的单片机在应用中存在一定的故障率。对于本产品，是不允许出错的，故选择方案二用ST系列单片机。3.3 系统软件方案的设计硬件的可靠性可通过合理设计电路、选用高性能的器件和提高PCB布板质量来实现。而要实行软件的可靠性，就必须在编写程序时尽可能地设想产品所能遇到的各种情况，包括器件故障、用户误操作等。在程序编写完成后。为提高最终产品的工作效率，本设计的程序没有使用延时函数，取而代之的是大量的中断和子程序的嵌套。单片机时刻都在执行有效的指令，效率堪比嵌入式。主程序包括模块硬件初始化，工作状态设置，硬件自检，数据采集，数据处理，故障报警等流程。系统软件设计主要包括数据采集设计和RS485通讯单元的设计。上电后首先对单片机进行初始化，再校准相应电路，然后依次选通各路传感器进行温度采集17和数据处理，将数据保存在数据区。上位机发送通讯指令时，模块根据指令改变设置或向上位机发送数据。其软件结构框图如图3.3.1所示。进入中断开始CRC校验系统初始化正常？N误差校准设置参数Y切换采集通道传输数据信号放大及A/D转换退出中断数据处理及故障判断将数据放入数据区内 主程序 中断服务程序图3.3.1 系统软件结构框图四、参考文献1 龚新林,胡生清,杨晔. 铂阻测温误差源分析J.中国仪器仪表1998, (03):26-282 刘少强.新型精密铂电阻测温方法J. 传感器技术,1999,18(2):41-443 汪勇.铂电阻测温电路的线性化设计J 西华大学学报自然科学版,2007.3,26(2):73-764 张英. 工业热电阻的准确测量J. 计量与测试技术, 2004.12:6-75 李颉,吕强中. PIC单片机A/D转换数据存储及串口效率J .机械工程与化,2006,45(3):23-356 易新文. 一种简便经济实用的热电阻测量方法 J. 设备管理与维修, 1997.12:23-257 http:/www.TI. 德州仪器官方网站8 亚德诺半导体官方网站9 Bai Yan Gao Hongming Wu Lin Shi Lei,Modelling of the plasma-MIG welding temperature fieldJ,sensor,2002,(03):15-1710 http:/www.MAXIM-IC.com 美信公司仪器官方网站11 冯玉书.一种能消除引线电阻影响的有源电桥J.仪表技术, 1996, (03):29-3112 潘文诚.一种铂电阻高准确度测温方法J.传感器技术，2003,22(11)：69-7113 Kazuaki Yamazawa;Masaru Arai. Measurement of the Insulation Resistance for the Development of High Temperature Platinum Resistance Thermometers with a Guard Electrode J. American Institute of Physics,2003(03):363-36814htt p:/ STC系列单片机官方网站 15 意法半导体官方网站16 http:/www.NI.com 美国国家仪器官方网站17 Anwar A. Khan;A. R. M. Alamoud;M. A. Al-Turaigi, Linearization of a nickel resistance temperature d