智能温度测量仪论.doc

智能温度测量仪的设计姓名：何静峰专业：电子信息工程班级：2011级电子信息工程学号：20114075158时间：2014年4月28日一.功能说明1.温度传感器温度传感器选用线性度较好的铂电阻PT100，将铂电阻接入电桥使用。铂电阻是将0.050.07的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷管等保护管内构成。它的电阻Rt与温度t的关系为：Rt=Ro(1+At+Bt2)，式中： Ro系温度为0时的电阻值。A3.9684103，B5.847107。热响应时间是在阶跃温度作用下，热电阻的输出变化值相当于阶跃变化的50时,所需的时间，用0.5来表示。下表列出了PT100铂电阻的温度和阻值对应关系温度0123456789（）电阻值（）2092.0491.6491.2490.8490.4490.0489.6489.2488.8488.441098.0395.6395.2394.8394.4394.0393.6393.2492.8492.440100.0099.6099.2198.8198.4198.0197.6297.2296.8296.420100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.5710103.96104.36104.75105.15105.54105.94106.33106.73107.12107.5220107.91108.31108.70109.10109.49109.88110.28110.67111.07111.4630111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.3940115.78116.17116.57116.96117.35117.74118.13118.52118.91119.3150119.70120.09120.48120.87121.26121.65122.04122.43122.82123.21 表1二.系统总体设计1.设计方案论证根据铂电阻PT100的温度特性，将铂电阻接入电桥电路，再把电桥电路输出的微弱的电压信号送到前置放大电路处理，由A/D转换器把模拟电压信号转换成数字信号，并送入单片机中。单片机接收到该测量数字信号后，调用存放在存储器中的程序对其进行各种智能化处理，如进行非线性补偿、平均滤波、各种进制的转换等，最后得出在允许误差范围内的测量温度值，并由4位LED显示器动态显示测得的温度值。根据原理，前端电路可以设计成一级放大、二级放大和三级放大。三、二级放大设计的方法可以将每一级的放大倍数设计成个位数，但是系统随着放大器个数的增加而不稳定。一级放大器设计方法输出稳定，设计简单，但是放大倍数比较大，可能导致放大饱和。最终通过搭电路试验确定，采用一级放大系统比较稳定。2.方案的总体设计框图铂电阻温度测量电桥放大电路采样A/D转换电路单片机及外围电路LED显示电路三.硬件电路设计1.电源电路根据芯片资料，稳压管7805输入输出与地之间应当接0.33微法和0.11皮法的电容，但由于器件的限制，实际电路中直接用9V电池的正极作为稳压管7805的输入，电池负极接地，实测输出电压为5.01V，符合要求。实际的电源电路如图1所示。 图12. 晶振电路图2AT89C52等COMS型单片机内部有一个可控的反相器，引脚XTAL1,XTAL2为反相放大器的输入端和输出端，在XTAL1,XTAL2上外接晶振和电容便组成振荡器。设计时电容C1,C2选用27皮法。振荡器的频率主要取决于晶振的频率，设计选用的晶振频率为12MHz。晶振电路如图2所示。3. 上电复位电路在RST引脚上输入2个机器周期以上的高电平，机器便进入复位状态，此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3输出高电平，RST上输入返回低电平以后，便退出复位状态开始工作。上电复位电路如图3所示。图3 4.前端信号测量电路Ub电桥电路如图4所示。其中R9、R10为1千欧的电阻。Rt1为PT100铂电阻温度传感器，传感器在100摄氏度时的理论接入阻值为92.16欧，实际电路的R3的接入阻值为90欧。RT即为铂电阻PT100，其电阻值随温度的变化而变化，具体见铂电阻分度表。电桥输出电压U。的表达式如下：Uo=5/(Rpt/(1000+Rpt)-92/1092)此需要将电桥电路输出的电压通过差动放大电路放大到或接近5V。通过计算差动放大电路需要放大约30倍。经运放放大后输出电压Uo的表达式如下：Uo=150/(Rpt/(1000+Rpt)-92/1092)图45.总体电路及相关说明本设计是采用AT89C52单片机作为主控电路，其中P0口为A/D转换器的通信端口，P0口接数码管的段码，P2口接数码管的片选端，用于对数码管进行片选。如图5所示。 图5四软件设计1.系统软件设计说明进行微机测量控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个测量对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机测量控制系统设计中占重要地位。对于本系统，软件设计更为重要。在单片机测量控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便达到测量控制目的。软件设计主要是对温度进行采集、显示,因此，整个软件可分为温度采集子程序、显示子程序、及系统主程序。五、程序流程及清单主程序开始初始化程序调用求平均值子程序判断A/D转换完成调用数值转换程序调用显示子程序结束#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code table=0x0c0,0x0f9,0x0a4,0x0b0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x0bf;uchar disp4; /定义数组变量sbit ST=P30; /定义START引脚sbit OE=P31; /定义OE引脚sbit EOC=P32; /定义EOC引脚sbit p17=P17; /定义数码管小数点int getdata,temp;void delay(uint z);void display();void main()/A/D启动转换程序：while(1) OE=0; /刚开始禁止将转换结果输出ST=0;ST=1；ST=0; /启动AD转换开始初始化设置八个数求和求平均值开始返回while(EOC=0); /等待转换结束 OE=1; /允许转换结果输出/平均值滤波程序：void average（） for(i=0;i8;i+)sum=0；sum=sum+P0;sum=sum/8; getdata=sum; /将转换结果赋值给变量getdatasum=0； delay(1); OE=0; /禁止转换结果输出/数据转换程序： temp=getdata*1.0/255*500; /将得到的数据进行处理 if(temp0;x-)for(y=110;y0;y-);/显示程序：显示符号位及延时显示个位数及延时显示小数位及延时开始显示十位数及延时返回vo