宽范围温度测量.doc

设 计 报 告课程名称 测控电路 实验项目 宽范围温度测试技术研究 实验仪器 实验板、电源、pc机等 系 别 光电信息与通信工程学院 专 业 测控技术与仪器 班级/学号 测控0801 /2008010662 学生姓名 小组成员 王荷叶 实验日期 1月 成 绩 指导教师 王艳林、孟浩 目录l 第一章设计背景 31、 设计目标 32、 设计内容及技术指标 33、 设计原理 3l 第二章 总体设计方案 31、 总体设计框图 3、 硬件设计 4 （1）温度传感器 4 （2）AD转换器 5 （3）52单片机 6 （4）LED数码显示 83、软件设计 9 程序框图 11 程序代码 11l 第三章 课设总结 14第一章 设计背景一、设计目标使用热敏电阻之类的温度传感器件（如PT100），将被测温度变化的电压或电流采集下来，进行A/D转换后，单片机中进行数据的处理，在显示器上将被测温度显示出来。二、设计内容及技术指标：1.设计内容测量过程是热敏电阻随着温度的变化电阻值发生变化，然后利用精密电阻器以电压模式对热敏电阻进行线性化，单片机通过ADC0804芯片对热敏电阻两端的电压进行采样，然后通过单片机的控制把温度值显示在LED显示屏上。2.技术指标：温度测量范围为常温 灵敏度为0.5三、设计原理：由于热敏电阻的特性，外界温度的变化可以引起其阻值的微小变化，可以用放大电路把其阻值的变化转化为电压信号，从而作为AD转换器的模拟信号输入。经过AD转换器的转化，得到单片机可以识别的数字信号。单片机对采集的信号进行运算，从而得到温度值，再通过数码管输出。完成对温度的测量。第二章 总体设计方案一、总体设计框图为：温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用Pt100，用3位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。总体框图为：主 控 制 器温 度 传 感 器AD转换单片机复位LED显 示报警及控制二、硬件设计1、温度传感器测量温度的关键是温度传感器，因此需要灵敏度高、测温范围宽、稳定性好，同时还要考虑成本和实际情况。热敏电阻的主要特点是：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10100倍以上，能检测出10-6的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于-55315，高温器件适用温度高于315（目前最高可达到2000），低温器件适用于-27355；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在0.1100k间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能力强本设计选用的型号为Pt100，得到宽的测温范围。方案为：用单片机电路制作数字式温度计，可以采用一只温度传感器Pt100，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。由于热敏电阻一致性差，所以电路制作好以后，还要进行校准。Pt100 温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，主要技术参数如下：PT100温度传感器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+T) 其中=0.00392,Ro为100(在0的电阻值),T为摄氏温度，因此铂做成的电阻式温度传感器，又称为PT100。R=100（1+0.00392T）-R-100=0.392T-T=（R-100）/0.392-T=2.551（R-100）热敏电阻：pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为：当PT100温度为0时它的阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：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匀速增长的。 金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 Rt=Rt01+（t-t0） 式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0）时对应电阻值；为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为 Rt=AeB/t 式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。 相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50300左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻一般适用于-200500范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。2、ADC0804数模转换器（1）所谓 A/D 转换器就是模拟/数字转换器（ADC），是将输入的模拟信号转换成数字信号。信号输入端可以 是传感器或转换器的输出，而 ADC 的数字信号也可能提供给微处理器。（2）ADC0804的管脚图： 管脚说明：三态锁定输出存取时间:135US 分辨率：8 位 转换时间：100US 总误差：正负 1LSB工作温度：ADC0804LCN-070 度/CS 芯片选择信号。/RD 外部读取转换结果的控制输出信号。/RD 为 HI 时，DB0DB7 处理高阻抗：/RD 为 LO 时，数字数据才会输出。/WR：用来启动转换的控制输入，相当于 ADC 的转换开始（/CS=0 时），当/WR 由 HI 变为 LO 时，转换器被清 除：当/WR 回到 HI 时，转换正式开始。CLK：为芯片工作提供工作脉冲，时钟电路如图所示，时钟频率计算方式是：fCK=1/(1.1RC）。 CLK IN，CLK R： 时钟输入或接振荡无件（R，C）频率约限制在 100KHZ1460KHZ，如果使用 RC 电路则其振荡频率为 1/（1.1RC）/INTR: 转换完毕中断提供端，中断请求信号输出,低地平动作.VIN(+) VIN(-) :差动模拟电压输入.输入单端正电压时, VIN(-)接地:而差动输入时,直接加入 VIN(+) VIN(-). AGND,DGND:模拟信号以及数字信号的接地. VREF:辅助参考电压.DB0DB7:8 位的数字输出. VCC: 电源供应以及作为电路的参考电压.（3）芯片参数： 工作电压：+5V，即VCC=+5V。 模拟输入电压范围：0+5V，即0Vin+5V。 分辨率：8位，即分辨率为1/2=1/256，转换值介于0255之间。 转换时间：100us（fCK=640KHz时）。 转换误差：1LSB。 参考电压：2.5V，即Vref=2.5V。 （4）ADC0804的转换原理 ADC0804是属于连续渐进式的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。 ADC0804与52单片机的链接图：3、STC89C52单片机单片机STC89C52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。在电路设计中我选择最常见的STC89C52单片机。此单片机由8K字节可重擦写Flash闪速存储器，256*8字节内部RAM，32个可编程I/O口线，2个16位定时/计数器和6个中断源。并且该单片机经济实用，使用广泛。80C51外部引脚图如图2所示： 图2 STC89C52芯片引脚结构图 引脚说明：电源引脚 Vcc（40脚）：典型值5V。Vss（20脚）：接低电平。外部晶振X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地。输入输出口引脚：P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 控制引脚：RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。RST/Vpd（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。 第二功能：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。第二功能：编程脉冲输入。-PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。-EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器使能端。第二功能：编程电压输入端（+21V）。-XTAL1（19脚）：外接石英晶体和微调电容引脚之一。它是片内振荡电路反向放大器的输入端。采用外部振荡器时，此引脚为外部振荡信号的输入端。-XTAL2（18脚）：外接石英晶体和微调电容引脚之二。它是片内振荡电路反向放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚为外部振荡信号的输入引脚。AT89C51单片机的P口特点：P0口：是一个8位漏极开路输出型双向I/O端口。作为输出端口时，每位能以吸收电流的方式驱动8 个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序或数据存储器时，它是时分多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间将激活内部的上拉电阻。P1口：P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。P2口：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2口的输出缓冲器可驱动(收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。在访问外部程序存储器时和16位外部地址的外部数据存储器（如执行 MOVX DPTR）时，P2口送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX RI）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器(SFR)区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。P3口：P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（Iil）。 在稳定的状态条件下Io 低被外部限制如下：每个管脚的最大IOL 15mA 注85 规格。每个8 位口的最大IOL 26 mA。IOL 输出最大总和 71mA。如果IOL 超过测试条件VOL 可能会超过相应规格不能保证超过测试电流。4、显示模块显示电路采用3位共阳LED数码管。单片机输出的温度值给数码管显示出示值。LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图1是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将b和c段接上正电源，其它端接地或悬空，那么b和c段发光，此时，数码管显示将显示数字“1”。而将a、b、d、e和g段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。如图5所示：图5 3位共阴LED数码管 三、软件设计1 确定数码管显示的初值；2 采集A/D转后的数据并处理；3 根据处理好的数据查表并取得字型码，并送出一位显示；4 判断是否报警；5 返回程序框图如图9所示：开始设置0804工作条件读取0804输出数据算出百、十、个位是数据段码转换显示转化成温度值蜂鸣器报警，继电器打开开始If 温度值阀值图9 程序框图程序代码：#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define seg P2 /数码管的数据口为P1口#define ad0_7 P1 /AD数据口#define WDFZ 32 /温度阀值，报警的最低温度sbit JDQ =P36;sbit LB =P02;sbit s0=P35;/个位选通sbit s1=P34;/十位选通sbit s2=P33;/百位选通sbit cs=P30; /芯片选择信号,控制芯片的启动和结果读取,低电平有效sbit rd=P31; /读数据控制,低电平有效sbit wr=P32; /AD转换起动控制,上升沿有效uchar leddata=0x81,0xED,0xA2,0xA8,0xCC,0x98,0x90,0xAD,0x80,0x88; uint y;float x;void jdqbj() /继电器报警程序if (xWDFZ) /温度阀值JDQ=0; /继电器 LB=1; /喇叭elseJDQ=1; LB=0;void display(uint dat);void delay_nms(uint n);/5ms延时子程序/void delay(uint i) uint j; for(;i0;i-) for(j=0;j0;i-);第三章 课设总结随着08级测控专业考试周的结束，我们进入了课程设计环节学习，这次课程设计的课题是宽范围温度测试技术研究。温度测量对于我们来说其实并不陌生，大三我们就学习了温度传感器，但是这次实际应用感觉是不一样的。第一次学习温度传感器，对于它内