温度变送器设计报告-(原始).docx

精品文档温度变送器设计与总结报告摘要： 本文的温度变送器是基于SOC系列单片机C8051F350的温度测量装置。利用温度传感器（采用Pt100），将温度转化成电信号，经过放大，A/D转换，MCU线性化处理，D/A转换，V/I变换，最后将温度测量值转换成420mA的电流输出。温度传感器转化的电信号，经放大以及A/D转换送到C8051F350单片机中，通过单片机处理与误差校正将测得电阻值在LED数码管中显示。关键词：Pt100 C8051F350 LED数码显示管 V/I转换一、方案的设计与论证方案一：单片机选用C8051F360，其内部集成有10位的ADC，分辨率较低，导致结果的精度不高。 方案二：单片机选用C8051F350，它内部是24位的ADC，分辨率较高，能够使结果的精度满足题目的要求。故采用此方案温度变送器的主体设计方案如图1图1 温度变送器的设计框图二、理论分析与参数计算1温度传感器部分： 温度传感器采用Pt100(如图1用Rt表示)。VREF 提供+5V的电压，通过R1，Rt，R2，R3构成的桥式电阻网络将温度转换成电信号，然后得到差分输入电压V=V1-V2。此题中通过改变Rt的阻值来代表不同的温度值。桥式电阻网络如图1.1所示。单片机采集的数据经过系统校准后，假定AD输出的数字量为ADCData，温度传感器等效电阻为RTDAT，基准电压源为VREF。依据此电桥输出电压V1，RTDAT的计算关系如下： 图1.1 桥式电阻网络2 放大电路部分、A/D 转换器：C8051F360有一个全差分24位的Sigma-Delta模/数转换器（ADC），该ADC具有在片校准功能，两个独立的抽取滤波器可被编程到1KHz的采样率。可以使用内部的电压基准，也可以用差分外部基准进行比率测量。ADC0 中包含一个可编程增益放大器，有8种增益设置，最大增益可达128倍。模拟多路选择器将ADC的差分输 入与8个外部引脚及内部温度传感器相连。可以使用内部输入缓冲器为直接连接的变送器提供高输入阻抗。一个8位的偏移DAC允许修正较大的输入偏移电压。可编程增益放大器 （PGA ）对ADC 输入进行放大，可设置的放大倍数为 1、2、4、8、16、 32、64 和 128。PGA 增益设置由寄存器ADC0CN中的AD0GN 位控制。通过程序的设定能够实现不同倍数的增益放大。通过将寄存器ADC0MD中的AD0EN 位被置 1来使能ADC0 。其他的可以通过对不同的寄存器进行赋值来进行配置。3MCU、D/A转换器、LED数码管显示部分： 将采集的数据通过MCU的线性处理能够送进LED数码显示管显示，在LED数码管中显示的是电阻的值。线性化处理后的结果通过D/A转换送到V/I变换电路，以测量电流值。4V/I变换电路：参数的计算：三、硬件电路的设计V/I变换电路由运算放大器TL082，三极管，以及若干电阻和电容组成。其中TL082B构成电压跟随器,此电路的原理图如图3所示。图3 V/I转换电路原理图四、软件设计主程序实际上就是C8051F350的初始化，电阻值得转化，与LED数码管的显示。通过调用中断服务程序，来实现A/D转化。主程序的流程图如图2所示。图2 主程序的流程图A/D中断服务程序流程图五、系统的测试结果与误差分析1 测试仪器：（1）ESCORT 3136A数字式万用表（2）LPS-305 数控式直流稳压电源2测试的数据：（1）实际的测量值如表1（2）通过MATLAB进行误差分析，得到图2.1所示的图形电阻176.1168.3164.9156.2146.2139.7129.2122.7115.8108.4100.0电流mA20.3018.6017.7215.8713.7212.3010.098.727.325.764.05温度C201180170147121103765941220表1 实际的测量值图2.1 误差分析图（3）误差的分析：DAC7512需要提供偏置电压VDD，由于VDD是单片机的内部电压源提供，不是恒压的，可能不稳定，在测量的过程中产生跳变，导致测试的结果产生误差。3V/I变换电路的测试与分析V/I部分的实际测量的值如表1所示电压VDAC（V）00.511.522.533.54电流I0（mA）02.514.977.509.9712.5015.0417.6020.2表1 V/I变换电路的实际测量值通过对表1的电流值进行分析可以得出：由于导线也存在电阻，导致测试的结果与理论值有偏差。另外一个方面，电阻存在精度误差，一般的碳膜电阻精度为5%。六、总结本文的温度变送器主要是由温度传感器（采用Pt100），C8051F350，以及V/I变换电路组成。重点是对单片机的初始化与数据的线性化处理。通过MATLAB的线性拟合，对程序的设计能够起到事半功倍的效果。作为一简易的温度变送器能够达到题目的基本要求，并且在此基础上能够提高测量精度，减小测量误差。参考文献1 C8051F350混合信号ISP FLASH微控制器数据手册 沈阳航空工业学院 潘琢金 2005 2 数字式温度变送器的设计与数字补偿 北京生物化工学院 杭和平 北京 100