高精度就地指示温度计的设计.doc

栓哎性地迹相暗蝶匙庸鲤娇募弊围冷累瓣蝉买袖脐耻忙铁潭撑茵吴乓脑蟹颧号嘎猿储菱涸贵悬宇静桑伪奥绝竞永丁精伊毖揣瞻瞥螺鸵漱尤练桑皆巡拾轩糠拟从务仓池阮藻割酋络骗骂靶索狸拒写丹喇梗津顶列瑟纂契密誓讣墓动督更扳前捞噬楞浊佬邑兆柑挡盆鞋塞页恬烟您念阔攻果侩英雷缸宠许额净雁谴赚腮昨搏丢供种荆官坪赚围赦厢颅阂拢趾幅蔽莫笼佩易吕狈到贵居技磁散雁萨泉鸭僻误碎捧训腑常景些赞慑粳虑额戴琢苗狮怕纷扒迈堆侦剿敌繁署梯兰茹哮跪闪炯人钥啥惶柱寐棉咸毒愁决蒸旨纫式邑沥厌球派品送泻弓甸丝阂凿模韭辱线掺允血泳限涵固斥餐旷仍谨船墩谋徐立厉娟讥幽本设计使用Pt1000热电阻做测温传感器,采用典型的三线制接线方法来实现热电阻采样检测电路及导线的补偿.设计了微功耗高分辨率,高精度采样A/D通道,在-100300.刨弘忙诌划况惨讫姐站汹烟说帛交独椎版士色蕊余烙煮灸沦醋区坞春阻舰抓灶念健稠厅捅悲贡销颜溉施醉嘎挫尿嗣僧居笔沤亿纷旺绊酌非盐度淹箱琐买绵莫泄耘摈匹悠垂浇鞋嘶女柞俗薯塞悼揣流版秒况宅攀疽科沉烦的凋瓶投钾灾互讶户婶盂格栏宫链译吊驭袭动帛抢耕到帖矗碳佳逗辆弛汐瞳僚佃莎韵焰斌伤带劳达仇惹匝笋彩就泉喷儿靳创抡没绳赴房棒白箱耀楼僚空河章瓮弹腆骏折逾审工洛锄炙扯莽唯拂蔼柴厘否董锋隙归勒道秤咙拷旷溯唇尧乳呻乱掩弃偷笋奏蚀诊盐施芦郊芬磅诣忍第弛梦滋拱捎喳遵兢翻从铰氛沥震决褂钎纯搅陌壹秒看努棚窍劫诲柳冰颇袖济盔希损声胜遗范庙佳芥高精度就地指示温度计的设计伏闻匀颊任麻谩匈窖靛移辗窑皖伶步恐非镀岛脓匠篇员旷秒举与币尿饰打辣亏亚六矿冯叉疏底涝夯贞伺拒夜颧痔掀烃烬掠老括途诣桐仓拳官杆膘铂滑奄只伯股充沂口师汐判澳肄东昔蛰禄富宫局特役卖弘冠晓苞情刺徒殆玖盟贺供疽舜砾逝渣柯盈代裳耸蛾喀凌感担蛇骗构豁呸存抨蚤驳褂绣噪肇盾无摊呼藉乡燥薯祝缴官夺塔贺铬伍份催掺整眠帘准记印误滦驹猫皱愚耸症坪烃惟趁罩饵膛笋坛掉尖徽伏沾差住耕危唆灌烯齐啃局保胀花笋庄嘘遏猾钳捂蛇额滞炊滴夺让筏有汰乎毖乘聂鲜父蛙章椰念滞拖撰逢谈龚淋面绒托盏玲击拯令烽尊蛾对狞烘吩腑蝎党痛竣溢堡辅洞襟蔡吃骡屁佃勾濒庐达迅 40高精度就地指示温度计的设计摘 要贲文介绍了一种高精度数字式就地指示温度计。使用Pt1000热电阻做测温传感器，采用典型的三线制接线方法来实现热电阻采样检测电路及导线的补偿。设计了微功耗高分辨率、高精度采样A/D通道，使得在-100300范围内，测量精度达到了0.02%。设计了微功耗的控制核心MCU电路,微功耗采样和控制电路、微功耗配套电源和微功耗显示模块及键盘，在使用一节2AH/3.6V的AA型锂电池的情况下能够连续工作三年。提供了数字校准技术，方便用户在更换传感器后自行进行系统校准。 关键词 铂电阻；温度计；高精度；微功耗；数字校准 DESIGN OF HIGH-PRECISION ON-SPOT THERMOMETERABSTRACTThis design introduced a high-precision on-spot digital thermometer. It use PT1000 thermal resistance as the temperature sensor, and it use the classical three lines system. In the range of -100300 the measure precision can be 0.02%.And it designed a low power consumption of sampling; control; power and the display circuits. With a 2AH/3.6V AA Li-battery it can be used for three years. And this design can be digital calibration to facility the user to calibrate himself.KEYWORDS PT resistance；thermometer；high-precision; low power consumption; digital calibration. 目 录摘 要IABSTRACTII1.前 言12. 设计说明22.1结构框图22.2 设计步骤22.3 设计要达到的功能23.各模块方案论证与比较33.1控制系统核心33.2 显示部分33.3 测温原件43.4 AD的选择43.5 热电阻的接法54 .硬件设计64.1 传感器检测电路设计及温度检测原理64.2 MCU及外围电路设计74.2.1控制部分74.2.2 系统低电压检测部分84.2.3 系统显示和按键部分84.2.4 系统稳压电源设计95. 软件设计95.1 程序流程图105.2 功耗控制软件设计方案105.3 系统中R与VR参数校准方法及软件设计方案115.4 传感器校准软件设计方案126. 测试与分析126.1 系统精度测试分析136.2 系统功耗测试分析137. 设计总结14参考文献14附件一：电路图16附件二：器材清单17附录三：程序18附件四：PT100铂电阻分度表36致谢391.前 言温度传感器作为21世纪具有发展前景和影响力的一项高科技产品，正引起国内外工业电子信息界的高度重视。在现代化工业应用中,温度测量已是很成熟的技术。温度敏感元件既有传统的热电阻，热电偶，热敏电阻等温度传感器，又有现代的集成温度传感器，数字温度传感器，还有超高温的光学温度传感器，其中热电阻测温方法以其高精度，高灵敏度等特点在中、低温度测量中占有重要的位子。热电阻温度传感器与导热金属电阻的变化密切相关。金属的电阻值随着温度的改变而改变，呈线性递增关系。因此，与其他电子温度传感器相比，电阻温度传感器具有极大的优越性。最重要的一点是：在高温下的精度好，因此，它是应用在宽范围测量上的合适选择。这种电阻材料最好是铂，另外镍、铜，钨也是合适的材料。铂的探测温度范围最宽为-240900，其它的金属一般温度范围窄，或者价格昂贵。因此在现代化工业生产中,铂热电阻温度传感器往往是首选测温元件。图1.1三线制接法热电阻温度计是由热电阻、显示仪表(不平衡电桥或平衡电桥)以及连接导线所组成。值得注意的是连接导线采用三线制接法如图1.1所示。其目的是当环境温度变化时连接导线的 阻值变化平均分配给电桥的两个桥臂，使连接导线引起的压降基本抵消以达到补偿 。 本设计正是在这个良好的市场应用前景下开发的一个就地温度指示仪。它采用了PT1000作为它的测温元件,用三线制的接法去除了导线可能引起的误差.然后用了16位的-型A/D转换器AD7705做为AD转换芯片.处理芯片采用了PHILIPS公司的P89LPC922作为处理芯片。 本设计有两个最大的特色,一是高精度,二是微功耗。高精度主要是由PT1000本身良好的线形特性和AD7705来实现的.微功耗的设计是本设计最大的特点。这里设计了微功耗的控制核心MCU电路,微功耗采样和控制电路、微功耗配套电源和微功耗显示模块及键盘。这几个微功耗硬件电路模块在程序的控制下很好的实现了微功耗的系统目标, 在使用一节2AH/3.6V的AA型锂电池的情况下能够连续工作三年。2. 设计说明2.1结构框图测温电 路AD转换电路MCUP89LPC922按键4位LCD显示3.6V锂电池供电稳压源低电压检测图2.1 系统结构框图2.2 设计步骤 1 选取各个硬件部分的最适宜模块。这里主要要对单片机MCU和核心A/D芯片和测温电路进行选择。 2 选取完模块后，进行硬件的搭建工作。这里主要要围绕本设计的两个核心特点进行设计（微功耗和高精度）。包括热电阻传感电路设计，MCU控制部分设计，显示和按键设计等等。 3 硬件设计完成后就要对软件进行设计。软件设计要围绕着微功耗进行各个芯片和硬件电路的微功耗设计，主要就是各个模块之间如何休眠和唤醒。 4 归纳和总结。2.3 设计要达到的功能1能够提供0.1度分辨率；2检测范围-100300；3检测绝对精度保证0.2度以上；4使用3.6V/2AH锂电池供电，保证使用3年；3.各模块方案论证与比较3.1控制系统核心可供选择的MCU有以下两种方案一、Atmel公司的89C51系列单片机AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式,考虑到如果使用AT89C52就必须接复位电路,存储芯片等,同时AT89C52体积较大,因,此就不能装于标准4848机壳内。方案二、PHILIPS公司的P89LPC922对于控制核心MCU的要求是微功耗和高速度，并且必须具备掉电休眠功能，以保证在采样间隔时间里降低系统整体功耗。同时，它还必须尽量在芯片中集成系统复位、看门狗以及EEPROM等部件，真正作到单片控制器的系统。具体选择了PHILIPS的51兼容单片机P89LPC922。它完全是按照单片系统的目标来设计的一款MCU，采用了6倍速的51内核，很容易使用C51环境编程和仿真。在系统中，它具体工作在2.7V电源下，2.4576MHz时钟操作时，最大工作电流小于1500A，典型掉电休眠时的电流小于1A。对两个方案进行比较，本设计选择方案二。3.2 显示部分方案一：LCD显示这里可以选用128*64的ST7920.用该LCD可以最大程度的做出人机交互的友好界面，同时用串口接线也很清晰。但是用这块液晶成本较高，同时在一些环境较恶劣的情况下不容易看清，因此不适宜放在该设计中。方案二：LED显示 用四片八位数码管LED来做本设计的显示部分可以满足本设计的显示需要，并且成本较低。但考虑到用四片该数码管做显示，接线比较复杂，而且势必会引起相当大的功耗，与本设计的低功耗不符合，因此不采用。方案三：LCD模块显示配合显示及简单的人员操作，为系统设计了一只4位数字LCD显示器和三个按键。LCD选用了微功耗的模块产品SMS048，具有4位0.5寸字高的段式数码，支持显示范围为-199.9999.9。它使用标准移位寄存器方式接口，操作简单。在2.7V电源下，工作电流小于20A。由于本设计要求该显示模块在微功耗下完成温度的显示，对功耗的要求远远大于对界面的美观的要求，并且要求接线简单。所以采用该模块作为该设计的显示电路。3.3 测温原件方案一：热电偶热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件,他的主要特点就是测温范围宽,性能比较稳定,同时结构简单,动态响应好,更能够远传4-20mA电信号,便于自动控制和集中控制。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递,这种导线我们称为补偿导线。而且热点偶的价格偏高。方案二：热电阻 热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。优点很多,可以远传电信号,灵敏度高,稳定性强,互换性以及准确性都比较好。铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800摄氏度,铜热电阻为零下40到140摄氏度。热电阻不需要补偿导线,而且比热点偶便宜。鉴于本设计的成本考虑，而且用热电阻已经可以完成本设计的技术指标要求，因此我们用热电阻，选用较常用的PT1000.3.4 AD的选择方案一、并行比较型/串并行比较型A/D转换器并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称Flash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Halfflash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。，方案二、逐次比较型A/D转换器 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（12位）时价格很高。方案三、积分式A/D转换器 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。方案四、-(Sigma?/FONTdelta)调制型-型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。AD7705为16位的-型A/D转换器，具有带输入缓冲的两路差分输入和可编程前置放大器，线性度为0.003%，具有自动校准功能，能够适应大的信号动态范围，因此能够充分保证传感器的全量程精度。同时它运行功耗小于600A，掉电时功耗小于8A，非常适合用来设计微功耗高精度的检测电路。方案五、电容阵列逐次比较型电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。 根据以上比较选择，鉴于本设计除了对精度有要求外，还要求AD能休眠以适应低功耗，所以选择方案四。3.5 热电阻的接法方案一：二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合方案二：三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。方案三：四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。对于本设计而言，三线制已经足够满足测量的精度要求，而四线制接线较复杂，并且信号处理比较困难。因此我们选择三线制来实现本设计的温度检测部分。4 .硬件设计铂电阻温度传感器广泛应用于工业测温场合，它具有高稳定性和复现性，也被用来作为温度基准仪器。考虑到测量精度和长期稳定性，本设计选择了工业与计量常用的Pt1000热电阻做测温传感器。系统采用2.7V电源供电，由采样、控制、电源和显示电路几部分组成，系统设计精简。全部器件均选用工业级温度产品，主要围绕高测量精度和微功耗两个目标进行设计。4.1 传感器检测电路设计及温度检测原理传感器检测部分是本设计的一个特色，采用典型的三线制工业应用方式检测热电阻信号。电路未采用常用的恒流驱动，而是具体采用了恒压法，电阻分压的方式采样。电路极其简洁，使用一片16位A/D转换器AD7705就完成了热电阻信号三线制方式的输入检测。通过两次采样和软件处理后，能够完全剔除导线影响，并能够获得高精度的热电阻阻值。图 4-1 热电阻信号检测如图4-1，电阻体RT接成了三线制，RL为三根导线电阻，随应用场合不同，RL阻值不定，一般每根导线电阻在5之内。电阻体与测量电路以A、B、C三点连接，实际上是与电阻R构成了对电压VR的分压电路。这里R=6K，VR由LM285-1.2提供，具体为1.23V。当在VR和R是已知的前提下，通过检测VAB和VAC，就能够通过计算的方法得到RT，从而求得实际温度。图4.2 A/D检测部分如图4.2，VAB和VAC的检测由AD7705完成，通道1检测VAC，通道2检测VAB，前置PGA的放大倍数由具体热电阻型号及测温范围决定。参见图3-1，可以获得关于VAB和VAC的关系式（1）和（2），它们实际上是以RT和RL为未知数的二元一次方程，通过求解，可以获得RT，即关系式（3）。在此，RL则可以看作过程中的无关变量，对RT没有任何影响。= 式（1） 式（2） 式（3）图 4.3 稳压源部分获得RT后，采用国际温标ITS-90中给出的RT（t）多项式函数公式，通过迭代试差法即可精确求解出实际的温度值，具体试差误差限制为小于0.005，对应温度误差小于0.015。具体软件中设计了滑动平均滤波模块，对连续4个采样值进行了数字滤波处理，保证最终采样结果精确稳定。传感器检测部分功耗主要是AD7705与LM285-1.2两部分产生，在非采样阶段，MCU将AD7705设置为睡眠状态，同时通过VREF_CTL端口关闭LM285-1.2，从而控制此部分电路功耗。4.2 MCU及外围电路设计4.2.1控制部分图4.4 MCU控制部分对于控制核心MCU的要求是微功耗和高速度，并且必须具备掉电休眠功能，以保证在采样间隔时间里降低系统整体功耗。同时，它还必须尽量在芯片中集成系统复位、看门狗以及EEPROM等部件，真正作到单片控制器的系统。具体选择了PHILIPS的51兼容单片机P89LPC922。它完全是按照单片系统的目标来设计的一款MCU，采用了6倍速的51内核，很容易使用C51环境编程和仿真。在系统中，它具体工作在2.7V电源下，2.4576MHz时钟操作时，最大工作电流小于1500A，典型掉电休眠时的电流小于1A。4.2.2 系统低电压检测部分图4.5 系统低电压检测为系统设计了低电压检测电路，当电池接近放电终点时，提示工作人员更换电池，检测点约2.6V。具体使用电阻分压方式监测电池电压，直接利用MCU自带的比较器和内部基准。同时这个检测电路使用一个MCU的I/O口BT_CTL控制供电，在非检测期间断电，以降低功耗。4.2.3 系统显示和按键部分图4.6 按键与显示配合显示及简单的人员操作，为系统设计了一只4位数字LCD显示器和三个按键。LCD选用了微功耗的模块产品SMS048，具有4位0.5寸字高的段式数码，支持显示范围为-199.9999.9。它使用标准移位寄存器方式接口，操作简单。在2.7V电源下，工作电流小于20A。三个按键仅用于仪表校准及测试环节中，其中KEY1与KEY2用于系统校准；KEY3用于各种功能确认操作。4.2.4 系统稳压电源设计为系统设计了电池供电的稳压电源。供电电压设定为2.7V，这是系统中所有器件最低的工作电压，低电压能够保证系统工作在低工作电流状态。电池选择了一节AA型高能量密度、长寿命、低自放电率的锂亚硫酰氯电池，它的放电量为2AH，工作电压为3.6V。稳压器选择了LDO稳压器，具体型号为RICOH的R1180N271，它自身功耗仅1A，输出为2.7V，在小电流工作时自身最小压差可以接近零，能够最大限度用尽电池的能量。图4.7系统稳压电源5. 软件设计配合硬件系统，设计了相应的测量显示、功耗控制、系统内部R和VR参数校准以及用户传感器校准等控制软件。5.1 程序流程图图5-1 主程序流程图开始5.2 功耗控制软件设计方案对于电池供电的系统，除了在硬件设计中选择合适的微功耗器件外，降低系统运行功耗的手段就是通过软件控制，合理分配系统中个体元件的供电时序与供电时间。对于不需要工作的器件一律进行断电或者掉电休眠处理，在整体上降低系统平均工作电流。根据温度信号变化比较缓慢的特点，本设计将采样周期定为2.6s，具体由MCU看门狗来定时。在一次采样周期中，MCU首先给VR送电，并启动A/D进行转换，然后自身进入掉电状态；A/D转换结束后，结束标志信号DRTY通过外部中断INT0唤醒MCU，MCU通过硬件I/O控制A/D时钟停振，软件控制A/D掉电，硬件控制VR掉电；MCU从A/D寄存器中获取转换结果并计算出当前温度，再将温度送LCD显示，之后读取电池状态并清除看门狗，最后自身进入掉电状态，等待看门狗在约2.6s后通过中断唤醒自己；看门狗溢出后唤醒MCU，进入下一个采样周期循环。理论计算分析，在一个采样周期中，A/D转换器仅工作约20ms，MCU工作约30ms，功耗略大的采样峰值时间仅占采样周期的1/50，因此整个系统的功耗能够控制在很低的水平上。5.3 系统中R与VR参数校准方法及软件设计方案AD7705作为通用高精度的-型A/D转换器本身具有零点与满度自校准功能，但系统中其它器件的误差仍需要校准，本设计均采用数字校准方法处理。对于1.1中的温度检测方案设计，求解测量温度的过程中是把R和VR都作为已知参数来处理的，但实际上它们是有初始误差的，解决的办法就是对它们进行校准。具体方法是使用两个不同电阻值的模拟电阻来进行两次测量，然后求解出R和VR，模拟电阻使用高精度电阻箱ZX78给出。例如，对于Pt1000电阻体的量程范围，第一次接入RT1=1000，第二次接入RT2=2000，会得到两组共4个等式（4）（），其中仅有RL、R和VR三个未知数，使用其中三个等式求解即可获得校准后的R和VR，具体为式（8）（10），其中RL为运算过程中间变量。把获得的校准值存入MCU的FLASH，就可以作为正式测量RT时的已知参数使用。= 式（4） 式（5）= 式（6） 式（7） 式（8） 式（9） 式（10）具体软件操作过程是利用一个按键KEY1，上电前按下，则LCD显示器提示进入校准过程。然后根据显示器的简单提示，完成两步采样校准过程，即实现了R和VR的数字校准工作，将获得的准确参数存入MCU的FLASH，即可作为正式测量RT时的已知参数使用。5.4 传感器校准软件设计方案系统对热电阻传感器的测量是基于国标中的标准参数进行的，而实际使用的热电阻传感器与理论值之间都是存在偏差的。在温度计出厂时，需要配置传感器；当传感器在用户使用中发生损坏后，用户也需要重新配置传感器。因此，如果要获得准确的测量温度值，就必须对系统配接的热电阻温度传感器进行校准。国内广泛使用的Pt1000热电阻都符合ITS-90标准，灵敏度系数误差比较小，主要误差为零点初始误差，对传感器的校准主要处理这部分误差。以摄氏零度时传感器电阻做校准点，实际的传感器电阻与理论值之间的关系为：R0实=KR0，其中，K为一个固定的系数，它不随温度变化和传感器绝对阻值的变化而变化。对传感器的校准实际上就是获得K的绝对值，通过简单换算就可以获得实际热电阻对应的理论值，计算出理论值后就可以推导出实际温度值，这个过程可以通过软件设计来实现。首先将传感器插入由纯净水制作的冰水混合物的恒温槽内，保证足够的插入深度。再依据不同的传感器保护套管传热情况稳定一段时间，保证传感器的温度为准确的摄氏零度。具体软件操作过程是利用MCU提供的一个按键KEY2，上电前按下，则LCD显示器提示进入传感器校准过程。然后根据显示器的简单提示，完成R0实采样，通过软件计算即获得K，将此系数存入MCU的FLASH，就可以作为正式测量RT时的已知参数使用。6. 测试与分析使用ZX25a精密电阻箱模拟Pt1000热电阻对校准后的系统进行了模拟测量实验。系统使用三线制连接，连接导线为0.3mm2的绞和线，三根长度均为1m。系统中A/D前置PGA设定为16倍，使用前置缓冲器模式，在-50500范围以ITS-90标准校准。6.1 系统精度测试分析表6-1 系统精度与误差显示温度理论温度绝对误差相对误差-49.95-50.000.050.01%0.0800.080.014%50.06500.060.011%100.091000.090.016%150.101500.100.018%200.062000.060.011%250.072500.070.012%300.013000.010.002%350.053500.050.01%400.034000.030.005%450.064500.060.011%500.075000.070.012%受条件限制,本设计用ZX25a精密电阻箱模拟出理论温度值,具体温度对应的阻值参见附录四(PT100电阻分度表) ，PT1000的分度表是PT100的十倍。由表6-1可见,系统存在一定大小的相对误差。这可能是由以下几个方面的状况引起的。1)电阻箱在使用时存在一定的误差 2)在系统计算时有计算误差存在 总的来说, 温度显示结果最大绝对误差为0.1,相对误差范围控制在了0.02%之内,较好的完成了任务书的要求。6.2 系统功耗测试分析对系统的功耗测试结果为：休眠阶段静态电流为35A，工作峰值电流为1200A。这里把系统休眠静态电流设为Is,峰值电流设为Im,系统平均电流设为I.系统休眠阶段时间设为Ts,系统峰值时间设为Tm,系统采样周期时间为T.于是就有:I=(Is*Ts +Im*Tm)/T 式(11)以峰值时间50ms计算，系统平均工作电流可求得约为60A.按一年10000个小时来计算, 2AH/3.6V的电池,可以工作的时间为2AH/60A/10000=3.3年因此2AH/3.6V的锂电池可以工作3年以上,完全可以达到设计任务的要求.7. 设计总结本设计使用Pt1000热电阻做测温传感器，采用典型的三线制接线方法来实现热电阻采样检测电路及导线的补偿。设计了微功耗高分辨率、高精度采样A/D通道，在-100300范围内，测量精度达到了0.02%。设计了微功耗的控制核心MCU电路,采样和控制电路、微功耗配套电源和显示模块及键盘，在使用一节2AH/3.6V的AA型锂电池的情况下能够连续工作三年。文中介绍的微功耗高精度电阻温度传感器信号输入通道设计、微功耗电池供电稳压电源设计及传感器数字校准等设计方案对于高精度数字温度计、宽量程比的智能温度变送器及便携式高精度测量类仪器的设计具有一定的借鉴和参考价值。参考文献1 瞿咏梅.0419527标准铂电阻温度计大区比对的评述J.计量学报,2004,25(1):27-30.2 李相键.AD7705_AD转换器在温度压力测量中的应用J.仪表技术与传感器,2000,(12)42-44.3 田广军,曹英惠.热电偶的幂函数模型J.传感技术学报,1998,11(3):36-41.4 王勇,王晓东.高精度铂电阻测温非线性校正方法J.测控技术,2004,23(7):75-76.5 颜重光.LDO的选用技术J.电子设计应用,2002,(11):86-88.6 富志超,梁英杰,王伦展. 用CS5460A设计三相多功能电能表的若干技术问题(下)J.电测与仪表,2006,43(2):12-14.7 张毅刚单片机原理及应用 高等教育出版社 2003.128 杨振江等 智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用 西安电子科技大学出版社 20019 陈守仁 自动检测技术及仪表 机械工业出版杜1989 10 薛萍等 单片机在温度测量中的应用电测与仪表 200111 刘元扬等 自动检测过程控制 冶金工业出版社 200312 林友德 ,郭亨礼.传感器及应用技术上海科学技术文献出版社 ,1992.13 R.E.Bedford,T.M.Dauphinee and H.Preston-Thomas Temperature Measurement,198614 Burr-Brown Corporation IC Data Book.199715黄继昌，等传感器工作原理及应用实例人民出版社，199816董怀武 编著 误差理论在测量中的应用 机械工业出版社 1986.9附件一：电路图附件二：器材清单Bill of Material for Documents.PrjPcbOn 2007-5-28 at 16:30:14 Comment Pattern Quantity Components- 3 KEY1, KEY2, KEY3 102 2 C5, C10 104 4 C1, C2, C6, C13 10K 1 R7 10u/10V 3 C7, C8, C9 2.4576M 2 STL1, STL2 22 4 C3, C4, C11, C12 30K 1 R3 33K 2 R4, R6 4.7K 1 R5 5.1K 1 R2 6K 1 R1 AD7705 1 U2 LM285-1.2 1 U3 P89LPC922 1 U1 R1180X281 1 U4附录三：程序#include /LCD定义.sbit lcd_cs=P00;sbit lcd_wr=P17;sbit lcd_da=P16;sbit key1=P06;sbit key2=P10;sbit key3=P11;sbit vref_ctl=P07;sbit ad_ctl=P12;sbit ad_cs=P02; /AD转换器AD7705硬件I/O定义.sbit ad_sclk=P17; /与LCD公用.sbit ad_di_o=P16; /AD输入输出公用I/O,与LCD公用.sbit ad_reset=P03;sbit ad_drdy=P14;int data password; /设定输入的密码变量unsigned char data set_count;bit set_flag;int data jiaozhun_dianzu; /手工补偿校准电阻临时变量.bit key2_flag,key3_flag;unsigned int data pass; /上电标志.55AA.idata union float word;structunsigned int hi;unsigned int lo;byte;rref; /基准电阻和基准电压.idata union float word;structunsigned int hi;unsigned int lo;byte;vref;idata union float word;structunsigned int hi;unsigned int lo;byte;k; /电阻校准系数,典型=1.bit err_flag;float idata v,vrl,r,t,rt1;float idata v1,v2,vrl1,vrl2,rl;unsigned int data count;#define Rvr1 800.0 /校准参数.#define Rvr2 1500.0/20ms延时,用于键盘去抖等环节.void delay()data unsigned int i;i=0;while(i7000) i+; /2ms延时.void delay1()data unsigned int i;i=0;while(i300) i+; /AD转换器命令写函数,标准移位寄存器方式,高位在前,每次8位void ad_write(unsigned char command)data unsigned char i; ad_sclk=1; ad_cs=0; i=8;while(i!=0) ad_sclk=0; ad_di_o=command&0x80; ad_sclk=1; command=command1; i-; ad_di_o=1;/送完命令置1,准备输入数据 ad_cs=1;/设置A/D转换模式.然后可以连续读出结果.void ad_set(unsigned char ch,unsigned char gain) /ch=1,2;gain=0,1,2,3(1,2,4,8.)data unsigned char i=0x46; /单极性,加缓冲器data unsigned char j=gain; j=j3; i=i|j; ad_write(0x0f+ch); /写通讯寄存器,选择通道1,2,并建立下一个操作为写设置寄存器 ad_write(i); /写设置寄存器,清除FSYNC,建立增益等运行条件 /初始化被选通道为自校准模式,有缓冲器/A/D转换结果读取函数.unsigned int ad_pro(unsigned char ch)data unsigned int j,k;data unsigned char kk; ad_write(0x37+ch);/读通讯寄存器,选择通道1,2,并建立下一个操作位读数据寄存器 ad_sclk=1; /读取结果 ad_cs=0;kk=16;while(kk!=0) k=k1; ad_sclk=0; j=ad_di_o; ad_sclk=1; k=k|j; kk-; ad_cs=1; ad_di_o=1; return k;/AD初始化复位,50赫兹输出速率ad_init() ad_reset=1; /复位AD转换器1-0-1脉冲,40ms delay(); ad_reset=0; delay(); ad_reset=0; delay(); ad_reset=1; ad_write(0x20); /写通讯寄存器,选择通道1,并建立下一个操作为写时钟寄存器 ad_write(0x04); /写时钟寄存器,设时钟信号位于使用的主时钟信号(2.4576MHz)/实际温度计算.void t_pro() /入口