基于PT100的温度测量系统的设计

第0页摘要本文先介绍了PT100的功能特性以及测温方法，阐述基于单片机的测温系统的硬件组成及相关接口电路设计。然后阐述了基于PT100的温度测量系统的设计。本设计的系统核心采用STC89C52单片机，它的作用是可以随时检测物体的温度。其中用来采集温度的传感器采用的是PT100铂热电阻传感器；然后将采集到的电压信号通过ADC0832转换成数字信号，并且将得到的信号LCD显示器上显示出来。本系统主要由PT100传感器、LCD显示模块、数据传输模块、A/D转换模块等部分组成。关键词：PT100热电阻、单片机、ADC0832、温度测量AbstractThispaperfirstintroducesthefeaturesofPT100andtemperaturemeasuringmethod,illustratesthetemperaturemeasurementsystembasedonsinglechipmicrocomputerhardwareandrelatedinterfacecircuitdesign.Thenthispaper,thedesignofthetemperaturemeasurementsystembasedonPT100.ThedesignofthesystemcoreadoptsSTC89C52microcontroller,itsroleiscandetectthetemperatureoftheobjectatanytime.WhichisusedtocollecttemperaturesensorIusedPT100platinumthermalresistancesensor;ThenconvertthevoltagesignalcollectedbyADC0832intodigitalsignal,andwillgetthesignaldisplayedontheLCDdisplay.ThisdesignismainlycomposedofPT100sensor,LCDdisplaymodule,thedatatransmissionmodule,A/Dconversionmoduleandotherparts.Keywords:PT100thermalresistance；Singlechipmicrocomputer；ADC0832;Temperaturemeasurement;I目录摘要.1Abstract.2前言.3第一章绪论.41.1课题背景.41.2国内外研究现状.5第二章系统总体方案设计.72.1系统基本要求.72.2硬件系统设计.72.3软件系统设计方案.8第三章系统硬件设计.103.1PT100温度传感器.103.2放大电路的设计.103.3模数转换单元.113.4LCD显示电路设计.123.5电源接口电路设计.133.6复位电路和复位状态.13第四章软件设计.154.1程序主流程图.154.2按键流程图.16第五章系统调试与分析.175.1Proteus仿真软件介绍.175.2电路仿真设计.175.3仿真分析.18第六章测试结果及其分析.19II6.1测试结果.196.2对比分析.20总结.22参考文献致谢附录III第4页前言随着科技的发展与时代的进步，传感器技术作为一种信息获取的手段得到了巨大的进步，其应用范围变的越来越广范，同时人们对其它要求也变的越来越高，需求也变的越来越大。由于传感器技术在现代信息技术有着举足轻重的地位，因此作为理工科专业的学生，学习和掌握现代传感器技术知识是非常必要的。传感器主要应用于测量以及控制领域，它的性能直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握结构、原理和性能指标，各种各样的传感器，还必须了解传感器通过适当的接口电路调整来满足的需求信号处理、显示和控制，只有通过传感器应用实例和分析智能传感器，传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应发展，传感器的开发和应用。传感器，另一方面，从每个应用领域测量信号，每个字段来满足他们不同的需求,在开发了适用于应用程序的传感器，和各种各样的新传感器和传感器系统。温度传感器是传感器家族中的重要一员。因为它的快速发展，广泛应用，所以有很大潜力。为了加深对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器用法与用途的深入研究，本着读万卷书不如行万里路的原则，又考虑到实用原则而设计了本系统。本文利用PT100温度传感器结合单片机技术而开发设计了这个温度测量系统。文中将传感器理论与单片机实际应用有效结合，详细地描述了利用PT100铂热电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及实现将温度转换为数字显示的原理过程。本设计实用性比较强，设计系统可以用来波峰焊接炉炉温的检测。本次设计主要任务是完成周围温度的检测与显示。设计完成后的系统具有操作简单，控制方便灵活的优点。本设计系统共由5个部分组成，分别是PT100温度传感器、A/D转换模块、信号放大模块、数据处理和数据控制模块以及最终的显示模块。文中对每个模块的具体功能以及其实现的具体过程作了较为详细介绍。整个系统的核心是对温度进行实时的测量与显示。第5页第一章绪论1.1课题背景在生活中，温度在我们的饮食起居过程中都起着至关重要的作用，没有温度是不行的。18世纪工业革命以来，近80%的工业部门都必须考虑温度的因素，因此温度传感器得到的迅速的发展。传感器通常是通过三个主要阶段。（1）模拟集成温度传感器这种传感器功能单一，温度测量误差小，响应速度快，传输距离长，体积小，功耗低，适合远程温度测量，温度控制，非线性校准，不需要做一个简单的外围电路。由于它是利用硅半导体集成过程，所以也称为硅传感器或单片集成温度传感器。到目前为止，它已在国内外被广泛应用于集成传感器。（2）模拟集成温度控制器主要由可编程温度控制器，温度控制开关组成，其中的代表产品有LM56、AD22105、MAX6509。一些增强集成温度控制器包括固化好的程序以及模数转换器，这和智能温度传感器有一些类似的地方，但它们各自有各自的系统，工作不是由微处理器分配控制，这是两者间最主要的区别。（3）智能温度传感器是在二十世纪九十年代中期出现的，它也被称为数字温度传感器。这是计算机技术、微电子技术和自动测试技术(ATE)相结合的产物。智能温度传感器内部含有温度传感器、信号处理器、模数转换器、内存和接口电路。一些产品还带有多通道选择器，一个中央处理器(CPU)，只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)。智能温度传感器的最大特点是能够输出温度数据以及能够输出相关的温度控制数量、适合配置各种型号的微控制器(MCU)；它能够通过软件实现测试功能而且还是在硬件的基础上，它的智能化程度的高低也取决于软件的发展水平。自从进入2000年以来，温度传感器精度越来越高，功能也越来越多，总体向着总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、单片机测温系统等高科技的方向快速发展。目前市场上大多是单点和多点温度测量仪。单点温度测量仪主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中以热电偶传感器以及热电阻传感器的测量精度高，范围大，从而得到了广泛的使用。本产品温度测量的范围主要在-200700之间，最小分辨率温度在0.010.1之间。内置LED显示模块，显示范围4-16。一些仪器也具有记忆功能，可以存储几百套乃至几千套数据。这种仪器可以尽可能的满足个人用户用于单点测量的需要。多点温度测量仪，相对于单点测量精度有一定的差距，虽然能够实现多通道温度测量和控制，但是价格比单点温度测量仪要贵。第6页本课题用PT100热电阻来进行温度测量，设计了一个对单点的温度进行实时检测的单片机温度检测系统，用于实现波峰焊炉高温的检测。1.2国内外研究现状（1）温度传感器的发展及现状概述二十一世纪以来，人们进入了信息电子化的时代，而传感器技术作为现代信息技术的三大核心技术之一，将是各国争夺的一个重要高新技术领域。传感器技术水平的高低将是衡量一个国家科技发展水平的一个重要标志。同时，传感器产业也是公认的目前具有发展前景的高新技术产业之一，传感器技术因为技术含量高、市场前景广、渗透能力强、经济效益好等特点而备受瞩目。从八十年代起，西方发达国家就一直将其列为重点发展对象。据统计，改革开放以来，我国也相继建立了众多研究开发基地，用以在传感器领域有所建树；在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究开发出了众多型号的新产品，2001年总产量超过13亿只，品种也达到了7000多种；同时全国已有1700多家从事传感器研究、生产和应用的事业单位，目前全行业正在执行“十一五”计划。2005年下半年，产品总产量以及销售量继续增长，预计到“十一五”末，敏感元器件总量可达20亿只。传感器作为信息技术的高端产品，尤其是数量居于传感器首位的温度传感器被广泛应用于生活、工农业生产以及科学研究等领域后更加显得突出。进入二十一世纪以后，温度传感器正朝着多功能、高精度、高可靠性、高安全性、总线标准化、开发虚拟传感器和网络传感器等高技术的方向迅速发展。同时多种高分辨率以及高精度的温度传感器也在相继研制或推出。由DALLAS公司研制出的DS1624型高分辨型智能温度传感器，它的分辨力能达到0.03125，测温精度为0.2，能输出13位二进制数据，而且转换时间仅为27微秒。目前，一些国际上都著名的厂家已经开始研制单片机测温系统，它是在一个芯片上集成一个系统或者子系统，它的集成度将达到108甚至109个元件每片，这对IC产业以及IC应用具有划时代的意义。二十世纪以来，温度传感器的发展总体经历了三个阶段：1.分立式温度传感器；2.模拟集成温度传感器；3.智能温度传感器。目前为止，国际上新研制的温度传感器正从集成化向智能化、模拟式向数字式以及网络化的方向发展。智能温度传感器是在1990年以后出现的，它是计算机技术、微电子技术和自动检测技术相互结合的产物。目前，市面上出现了种类繁多的智能温度传感器。智能温度传感器一般都由温度传感器、信号处理器、模数转换器、寄存器和接口电路组成。有些还含有随机存取存储器、只读存储器、中央控制器以及多路选择器。智能温度传感器的特点是能够输出温度数据以及这些数据相关的温度控制，它还能够适第7页配各种微控制器；它能通过软件实现测试功能而且还是在硬件的基础上，它智能化的程度也取决于智能软件开发水平的高低。自从2000年以来，智能温度传感器正朝着标准化、多功能、高精度、高可靠性、总线开发基于传感器和计算机硬件平台的方向发展，通过软件开发，并使用该软件可以完成传感器的标定和校准，以达到最优性能指标包含数字传感器网络的虚拟传感器和传感器网络接口和处理单元，单片机温度测量系统的方向和其他高科技快速发展。（2）数据采集技术的发展及现状概述在很大程度上，信息社会的发展取决于信息和信号处理技术的发展,而数字信号处理技术的出现从根本上改变了信号以及信号处理技术，数据采集作为数字信号处理过程中至关重要的一个环节在整个数字系统中起着至关重要的甚至是决定性的作用，它的应用已经深入到了信息处理的各个领域之中。数据采集技术是信息科学的一个重要组成部分，它包含信息数据的收集、储存、处理以及控制。对测量对象进行众多参数的采集后，再将它们转换成数字信号后输入计算机进行储存、分析以及处理，这个过程就叫“数据收集”，而与其相对应的系统就是数据采集系统。根据系统的结构的差异，可以将数据采集系统分成集中式数据采集系统以及分布式数据采集系统。前者的特点是现场进行数据采集、处理和控制，其强大的实时性能,适用于PC和测量目标间离短，速度要求快的场合。后者采集的数据由设备转化为数字信号,通过现场总线上传至上位机，再由上位机进行处理后，控制现场设备，它适用于多个站点设备远程监控和维护。数据采集系统的任务：采集由传感器中输出的模拟信号然后将这些信号转换成计算机能够识别的数字信号，然后将这些信号送入计算机，最后根据不同的需要通过计算机来进行相应的计算以及处理，最后得到所需要的数据信息。同时，根据获得的数据通过计算机实现某些物理量的监视，一些数据也在计算机控制系统用来控制某些物理量的过程中产生。绝大多数的数据采集系统都通过单片机作为微处理器，来测量各个参数的大小，并且通过串口将数据传输到计算机。采用这种设计的话，系统制造比较简单、而且成本也比较低。本设计就介绍了一种以STC89C52单片机为核心的数据采集系统，PT100铂热电阻为温度传感器的参数经过A/D转换器转换后成为可测量显示的参数。第8页第二章系统总体方案设计2.1系统基本要求本设计的任务是通过PT100温度传感器，结合单片机技术，实现波峰焊炉高温的检测。主要是设计以单片机为核心，采用PT100作为温度传感器、LM358放大信号最后通过ADC0832进行A/D转换，实现温度的单点测量与LCD数字显示，并指出其是否满足波峰焊炉。该系统设计方案主要由硬件系统和软件系统两个部分组成。2.2硬件系统设计本设计系统主要包括温度信号采集单元，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。系统的总结构框图如图2-1所示。信号放大电路PT100温度传感器A/D转换电路STC89C52单片机按键控制电路LCD液晶屏显示电路图2-1系统总结构框图(1)单片机选型美国的ATMEL公司由于其在FLASH存储器技术上的先进技术而成为国际上都非常有名的半导体公司。随着ATMEL公司在业务上的开拓与发展，早在90年代初期，它就成为了全世界最大的EEPROM供应商。1993年，为了在单片机市场有所建树，ATMEL公司就与Intel公司进行核心技术进行交换，用自己的EEPROM技术换回了80C31单片机的核心技术，从而得到了80C31核的使用权。ATMEL公司通过把自己先进的Flash存储器技术和80C31核相互结合，开发出了F1ashAT89系列的单片机。这种单片机比较特殊，它内部含第9页有一个Flash储存器。由于它内部含有一个大容量的Flash存储器，所以这种单片机广泛应用于手提式仪器以及便携式商品等方面的生产与研发，它也是到目前为止市场上最主流的单片机之一。AT89这一个系列的单片机对于普通用户来说，有三个非常明显的特点：由于它内部含有一个Flash存储器，所以在系统的开发过程中可以很容易的修改程序，所以能够明显的缩短系统的开发所需要的时间。它能够和MCS-51系列单片机的引脚兼容，所以可以直接进行替换，对旧设备进行更新。AT89系列单片机不仅仅是对80C31的简单继承，而是将其功能进一步的增强了。AT89系统单片机在我国受到广泛青睐，很多以前忠于80C51、80C52的用户都改用功能更加完善的AT89系列。对于那些拥有着丰富编程经验的用户来说，根本就不用使用仿真器，就可以直接将程序烧入芯片之中，然后直接就可以加电运行，观察运行后得到的结果，如果出现问题再修改程序，然后再重新烧写程序，重复进行实验，直到成功，所以相对方便的多。AT89系列总共包含两大种类，第一种是常规的，也就是需要用常规的并行方法编程且一定要用编程器编程序的AT89C系列；第二种是芯片安装到电路板上之后可以不用拿下来而直是可以接往里面烧写程序的系统可编程ISPFlash系列，也就是常说的AT89S系列，这种单片机不仅可以用常规的并行方法编程，也能在系统用下载线进行编程，因此可以省去价格比较贵的编程器，而且还可以在目标板上直接修改程序。又考虑到我对单片机的熟悉程度，以及单片机的储存空间以及价格，综合以上这些考虑，最终我决定在本次设计中选用STC89C52单片机来完成本次设计。（2）模数转换器选型由于转换器的好换直接与整个系统的精确度相联系，又考虑到本系统需要测量的信号是温度；而温度信号响应时间长、滞后大且不需要快速转换，所以选用ADC0832（8位A/D转换器）就能达到设计的要求。如果想要提高精度，可以直接采用12位A/D转换器，或者采用过采样和求均值技术来提高测量分辨率。本次设计决定采用求平均值的方法来提高分辨率。因为8位ADC0832其性价比高，更重要的是我对ADC0832比其他A/D转换器更加了解，所以本次设计中用到的A/D转换器是ADC0832。(3)显示方案确定由于本设计是基于PT100的温度检测仪的设计，所以在设计中温度显示是必须的。当前常用的有LCD（液晶显示）和LED（数码管显示）两种显示方法。LCD具有显示质量高、与单片机系统的接口更加简单、体积小重量轻等特点。虽然LCD存在与单片机连接时接口电路驱动复杂；编程困难；成本高等缺点，但液晶显示功能强大，不仅可以显示数字字符、德文、法文、点阵显示，而且还可以显示全部国标汉字，而且考虑到能耗尽量少等问题，所第10页以本次设计我选用LCD1602作为显示器。2.3软件系统设计方案由于本设计中采用的处理器是STC89C52单片，因此在程序设计语言方面就可以使用面向MCS-51的程序语言，例如ASM51汇编语言和C51高级语言，这两种语言各自有各自的特色。由于汇编语言更类似于机器语言，所以经常被当做编写和系统硬件有关的程序，像I/O端口访问程序、中断处理、实时控制、实时通信等等；由于用高级语言编写的数学运算程序可以大大的提高编写是的效率以及编写完的程序的准确性，所以C51高级语言则经常被用来编写数学运算程序。又考虑到汇编语言有下面四大优点，所以本次设计中的全部程序都使用ASM51汇编语言编写：（1）汇编语言是程序设计语言中最基本的也是最基础的。到目前为止，汇编语言依旧是计算机系统底层软件设计的基本语言；（2）相对于用高级语言编写的程序而言，用汇编语言编写出的程序的系统性能更高。汇编语言程序可以精确地描述算法，通过其快捷的执行速度以及节约储存空间的特点，还可以把计算过程以及控制过程描述的更加具体；（3）能够将硬件功能以及结构特点加以充分利用。因为汇编语言和机器语言之间相互联系，所以它能够彻底的反映出计算机硬件的功能以及特点。我们可以充分利用机器硬件系统的许多特性，从而充分发挥程序设计的技巧；（4）实时性能好。对于一些应用领域汇编语言是不可缺少的，而一般高级语言不能充分地利用计算机硬件所提供的诸如中断等方面的功能，所以一般高级语言不适用这种应用。第11页第三章系统硬件设计3.1PT100温度传感器测量范围：-200+850；响应时间30s；除此之外，PT100温度传感器还有很多优点，例如耐高压、误差小、稳定以及抗震动等。不仅如此，PT100的线性也非常好，当温度0100范围内波动时，它的最大非线性偏差也小于0.5。PT100阻值和温度的关系式为：-200t0时，；231*10RtAtBCt0t850时，；0t式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见PT100在温度范围0100之间变化时的线性度很好，它的阻值表达式可以简化为：，10RtAt当温度变化1，PT100阻值近似变化0.39。PT100铂热电阻温度传感器测温的本质就是当PT100温度发生变化时，它的阻值也会随之改变，测温的本质也就是测量电阻阻值的变化，而且一般会将电阻阻值的变化变成电压或者电流等模拟信号，随后将这模拟信号转换成数字信号，再由处理器计算出与之对应的温度。所以采用PT100测量温度一般有两种方案：方案一：设计一个恒流源通过PT100热电阻，通过检测PT100上电压的变化来换算出温度。方案二：采用惠斯顿电桥，电桥的四个电阻中三个是恒定的，另一个用PT100热电阻，当PT100电阻值变化时，测试端产生一个电势差，由此电势差换算出温度。两种方案的区别只在于信号获取电路的不同，其原理上基本一致。3.2放大电路的设计首先利用ADC0832芯片，将PT100输入的模拟信号转化为数字信号，但由于需要转换的模拟信号十分微弱，故加上一个放大电路，对需要转换的信号进行放大处理。PT100测温是PT100的阻值随温度的变化而变化这个特性来进行测温的，所以其本质就是一个热电阻，因此在整个电路中PT100都是由电阻代替的。通常将它放在电桥的桥臂上，当温度变化时，PT100两端的电压信号被送到放大器LM358的输入端，经过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。电路原理图如图第12页3-1所示。567U4BLM35832184U4ALM358221133U3TL431VCCR121kR910kR71kVCC9R810kR11100kR10100kC8104A0CSCH0CH1GNDD1D0CLKVCCU50832P10VCCP11P12C10104C9104PT100图3-1信号放大与A/D转换电路3.3模数转换单元ADC0832是一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片，它是由一家美国国家半导体公司生产的。它因为体积小，性价比高的特点而受到了单片机爱好者以及企业的喜爱，到现在为止它的普及率已经有很高了。深入的学习以及了解ADC0832可以使我们熟悉模数转换器的原理，同时也有助于我们提高单片机水平。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。ADC0832的最高分辨可以达到256级，因此它可以满足一般的模拟量转换为数字量的需求。它内部电源输入以及参考电压的重复使用，使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。作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度第13页为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。3.4LCD显示电路设计（1）LCD的管脚功能1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0是对比度调整端，当它接的电源为正时对比度就最弱，当它接的地线时对比度最高（而当对比度过高时，可以通过一个10K的电位器的使用来对对比度进行调整）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：EN端为使能端。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。由于LCD1602识别的是ASCII码，所以测试时就可以采用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或者变量赋值。LCD1602的16进制ASCII码表地址：要看对应值的时候，必须先读左边的那列，然后再读上面的那行，例如：感叹号！的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42（前面加0x表示十六进制）。（2）LCD显示电路原理图3-2第14页VCCVCCP00P01P02P03P04P05P06P07P27P26GND1VCC2VO3RS4RW5EN6DO7D18D29D310D411D512D613D714A1516P3LCD1602R34.7KP25图3-2液晶显示电路3.5电源接口电路设计利用电压转换电路将9V电压转换为5V左右电压。由于输入电压的不稳定性，所以加入电源接口电路（即稳压电路），从而将输入的5V左右的电压转换为标准的5V电压。电路原理如图3-3。VCCVin1GND2+5V3U1LM7805CTC347uFC4104VCC9VC210412P1Header2+5VC1470uFR11KD1LEDS1图3-3电源接口电路第15页3.6复位电路和复位状态单片机都需要靠外部电路才能实现复位。在单片机工作以后，如果在此时需要单片机复位，那么只要在它的复位引线上加载10ms以上的高电平就可以了。复位电路。单片机的复位方式一般有二种，分别是上电自动复位以及按键复位。最简单的复位电路如图3-4所示。上电自动复位会在上电的瞬间，RC电路充电，RST引线端就会出现高电平，只要这个高电平持续保持10ms以上，就能使单片机有效地复位。在应用系统中，如果有的外围芯片需要复位，而且它们RST端的复位电平的要求一致，就能够将复位信号和它相连。图3-4复位电路复位状态。复位操作最主要的任务就是把PC初始化为0000H，确保单片机能够从程序存储器的0000H单元开始执行程序。程序存储器的0003H单元即单片机的外部中断0的中断处理程序的入口地址。留出的0000H0002H3个单元地址，仅能够放置一条转移指令，因此，单片机的主程序的第一条指令通常情况下是一条转移指令。第16页第四章软件设计4.1程序主流程图程序部分主要由主程序以及子程序两部分组成。主程序主要实现系统的初始化，键值处理，A/D转换，数据显示。系统的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆栈、中断寄存器等），通信的初始化（串口的初始化，ADC0832的初始化，通信缓冲区的初始化），LCD显示的初始化，输出端口的初始化，采集、累计数据的初始化。键值处理包括对系统三个键的判断与处理。A/D转换包括数据转换（主要实现将测量电路监测到的电压信号转换成LCD显示所需的数据类型）。显示数据包括数据转换（主要实现将各类参数、测量数据、计算累计值等转换成LCD显示所需的数据类型）和显示屏的刷新（包括刷新采集数据屏和根据按下的键更改显示屏）。子程序主要由温度信号采集程序和键值处理程序等。其程序流程图如图4-1。开始初始化有按键下？0832采样数据处理显示结束YN键值处理图4-1程序主流程图第17页4.2按键流程图按键管理软件主要有按键接信息获取以及按键处理两个部分组成。按键信息获取是指当用户按下某个键后，通过对按键端口的分析，接收到按键的编码信息，然后查询键值表获得相应的键值并保存。按键处理是取出所得到的键值，并按照键值的定义分别处理。在本系统中，包括“+”、“”、“设置”三个按键，各个键位处理程序都将在主控机程序中执行。键值具体定义“+”：设置从机的上限值；“”：设置从机的下限值；“功能”：设置从机的执行功能。按键流程图如下图4-2。上限设置是+键吗？下限设置是-键吗？是功能键吗？上限加一上限减一是加键吗？是减键吗？是功能键吗？ADC采样显示下限加一下限减一YNYNYYNYNY开始图4-2按键流程图第18页第五章系统调试与分析5.1Proteus仿真软件介绍ProteusISIS是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，它是用于电路分析与实物仿真的软件。它运行于Windows操作系统，可以对各种模拟器件和集成电路进行仿真、分析，该软件具有四大特点：它将单片机仿真和SPICE电路仿真相互结合起来。它能够对模拟电路、数字电路、单片机及其外围电路组成的系统、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统等进行仿真是一款仿真功能强大的软件；它还含有多种虚拟仪器，例如如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等等。它支持目前的主流单片机的仿真。它不仅能为我们提供软件的调试功能，还可以支持第三方的软件编译以及调试环境，比如KeilC51。拥有非常强大的绘制原理图的功能。总而言之，这款仿真软件功能强大，既包含了SPICE分析又包含了单片机，所以用它作为本次设计的仿真软件。5.2电路仿真设计打开Proteus软件，根据本次设计的原理图来制作电路仿真图，根据各个元件的属性设置相对应的各个元件的参数。由于PT100铂热电阻在仿真过程中的波动可能会比较大，有可能会使得显示的温度变化过快，这将不利于温度的显示以及测量。所以在此次仿真中使用了一个滑动变阻器来替代PT100铂热电阻，通过改变滑动变阻器的阻值来反映PT100测温是阻值的变化。此外，由于LM358恒压源在Proteus软件中是不能被仿真的，所以在此次仿真过程中使用了-2.5V的恒压源来替代它。系统电路仿真图如图5-1所示。第19页图5-1电路仿真图5.3仿真分析用Proteus软件进行仿真的话首先得将程序放入KeilC51这类第三方软件中进行编译，等编译通过后产生一个HEX文件，最后将这个文件和Proteus仿真软件制作的仿真图中的单片机进行联系后就能够实现仿真了。本仿真电路的前置电路的两级放大电路中，通过调节一级放大器和二级放大电路的偏置电路中滑动变阻器范围来调节测温范围，使输入到模数转换器的模拟电压在05V范围内，这样才能通过A/D转换将它转换为数字信号。本设计的前级放大电路的放大倍数为-20倍，二级放大电路放大倍数为-4倍，合起来整个放大电路放大了80倍，这样输入到A/D转换器的信号才能被A/D转换器所转换。其中二级放大器中设计了偏置调整电路，因为PT100电阻传感器在0时对应电阻为100欧姆，所以要显示0，就必须将此时对应的有效数字减掉后再放大一定的倍数，才通过A/D转换器进行处理。在仿真过程中由于软硬件影响，还有人为计算误差因素，使得测量温度结果与理想测量结果存在一定的误差，因此可以通过改变硬件参数和软件程序设计来减少误差。另外，在仿真过程中，按键会可能产生抖动现象，可以通过硬件来消除抖动。第20页第6章测试结果及其分析6.1测试结果（1）实际测量温度低于设定温度下限，红灯报警，如图6-1所示。图6-1此图为PT100置于热水中（2）实际测量温度在设定温度区间内，警报灯不亮，如图6-2所示。图6-2此图为PT100置于热水中（3）实际测量温度超过设定温度上限，黄灯报警，如图6-3所示。第21页图6-3此图为PT100置于热水中6.2对比分析为了验证此设计测温的准确性，故用市面上常见的热敏电阻温度计加以对比验证。图6-4为本设计以及市面上买到的热敏电阻温度计（测温误差0.30.5），以及温度对照表6-5。图6-4实物对比第22页表6-5温度对照温度（）产品102030405060708090PT100测温（）9.82030.14050.26070.179.890市售温度仪（）9.9203039.949.159.9708090由此可见，本设计的测温精确度已经达到实用需要。第23页总结本次温度检测系统的设计，是采用PT100温度传感器进行测温然后经过信号放大和模数转换器转换将信号送到单片机进行显示以及控制。在经过数次的修改以及测量调试以后，该设计已经基本满足设计需求，但由于受到人为因素以及软硬件条件的制约，系统难免会产生一些误差，但只要通过调节以及精确的计算就可以减小误差。通过这次温度检测系统的设计，我对温度检测系统有了更加深入的了解，对它更加熟悉了。在整个系统的设计过程中，本次设计中最先需要解决的重点以及难点是：如何将PT100热电阻因温度改变而导致其阻值变化的信号转换为单片机可以识别的电量信号，以及怎么将其中的信号进行放大以及放大多少倍等。这次毕业设计至少经历了一个多月，从最初的选择课题，再到后来的查找相应资料、学习相应的理论知识以及最近的调试和测试过程，增长了我的理论知识，更提高了我的动手能力。虽然在整个过程中必然遇到各种问题，但同学老师的帮助下最终都得以解决，完成了整个系统的设计以及最终测试，一些相关的指标也都达到了预期的要求，较好的完成了这一次的毕业设计。实践出真知，通过此次毕业设计，我对传感器的基本理论知识了解的更加透彻，对单片机的开发应用和编程控制的掌握更加的深入了。为以后从事本专业的工作打下了良好的基础，并且通过这次毕业设计使我在理论知识与动手能力相结合的环节得到了锻炼。第24页参考文献1王丹,赵凯.基于单片机的多点温度测量系统设计J.才智.2011(14)2于莹莹.新型Pt100传感器智能温度测量系统的研究与开发J.电大理工.2010(01).3吕方瑶,张池军,闫勇,曹佩韦.一类高精度温度测量技术研究J.电子测量技术.2011(08).4王雷,胡亚非,杨柱.铂热电阻的接线造成温度失真现象的研究J.煤炭工程.2005(09)5刘坤.51单片机C语言应用开发技术大全M.人民邮电出版社.2008年9版.6彭江.单片机原理及接口技术的开发J.软件导刊.2011(03)7马净，李晓光,宁伟.常用温度传感器的原理及发展J.中国仪器仪表，2004，24(6):1-2.8汪定国,王怡苹.一种高精度铂电阻温度测量方法J.电子测量术.2012(11).9张瑜,张升伟.基于铂电阻传感器的高精度温度检测系统设计J.传感技术学报.2010(03)10陈志文,王玮.基于Pt100铂热电阻的温度变送器设计与实现J.现代电子技术.2010(08)11张志勇,辛长宇,朱玉龙,吉小军.Pt100温度传感器非线性的补偿方法与电路实现J.电子器件.2007(06)12宁文超.试论单片机在温度测控方面的应用J.科技信息(科学教研).2008(11)13李芸婷,万振凯.Pt100温度传感器数据实时采集系统J.仪器仪表用户.2007(05)14才智,范长胜,杨冬霞.PT100铂热电阻温度测量系统的设计J.现代电子技术.2008(20)15王龙.基于铂电阻Pt100的高精度温度测控系统设计J.吉首大学学报(自然科学版).2009(03)16徐莉振,鲍敏.面向Pt100铂电阻的高精度多路测温系统J.机电工程,2013,01:65-68+72.第25页致谢在本论文完成之际，首先要感谢我的指导老师。他在我的论文选题、写作以及最后定稿中，给予了悉心的指导和无私的教诲。在我的学习期间，更是给予了我极大地指导和帮助。导师严谨治学的风范，无私奉献的胸怀、谆谆的教诲，都令我受益终身。在此，我谨对恩师表示衷心的感谢和深深的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向指导过我的老师表示由衷的谢意。感谢他们四年来的辛勤栽培。第26页附录：中英文文献翻译名称温度传感器第27页第28页附录附录1：PT100热电阻分度表温度0123456789电阻值()-40-30-20-10084.2788.2292.1696.09100.0083.8787.8391.7795.6999.6183.4887.4391.3795.3099.2283.0887.0490.9894.9198.8382.6986.6490.5994.5298.4482.2986.2590.1994.1298.0481.8985.8589.8093.7397.6581.5085.4689.4093.3497.2681.1085.0689.0192.9596.8780.7084.6788.6292.5596.48010203040100.00103.90107.79111.67115.54100.39104.29108.18112.06115.93100.78104.68108.57112.45116.31101.17105.07108.96112.83116.70101.56105.46109.35113.22117.08101.95105.85109.73113.61117.47102.34106.24110.12114.00117.86102.73106.63110.51114.38118.24103.12107.02110.90114.77118.63103.51107.40111.29115.15119.015060708090119.40123.24127.08130.90134.71119.78123.63127.46131.28135.09120.17124.01127.84131.66135.47120.55124.39128.22132.04135.85120.94124.78128.61132.42136.23121.32125.16128.99132.80136.61121.71125.54129.37133.18136.99122.09125.93129.75133.57137.37122.47126.31130.13133.95137.75122.86126.69130.52134.33138.13100110120130140138.51142.29146.07149.83153.58138.88142.67146.44150.21153.96139.26143.05146.82150.58154.33139.64143.43147.20150.96154.71140.02143.80147.57151.33155.08140.40144.18147.95151.71155.46140.78144.56148.33152.08155.83141.16144.94148.70152.46156.20141.54145.31149.08152.83156.58141.91145.69149.46153.21156.95150160170180190157.33161.05164.77168.48172.17157.70161.43165.14168.85172.54158.07