图像采集技术大作业

课程：数字图像处理技术数字图像处理技术标题：标题：基于PT100温度测量系统的温度测量系统设计类：数字0902学号：03050590205声明：刘池日：2012.05 i. i .线程理论1.11.1设计目的设计目的学习铂电阻PT100的特性和温度测量方法，并将其实现1.21.2设计任务设计工作采用铂电阻PT100作为温度传感器，采用恒流温度测量方法，通过单片机控制，并利用放大器、A/D转换器获取温度信号。设计了实现温度实时测量的时钟电路模块。采用双线式铂电阻温度测量电路设计，减少了测量电路和PT100本身的误差，使温度控制精度从0 100到0.1 。1.31.3设计材料设计材料AT89S51单芯片、TLC2543 A/D转换器、DS1302时钟芯片、AD620放大器、铂电阻PT100和6位数码管配置系统。二.设计原理设计原理2.12.1背景科学技术的发展和“信息时代”的到来，信息获取手段传感器技术取得了长足的进步，其应用领域越来越广泛，其要求也越来越高。因此，了解和掌握各种传感器的基本结构、工作原理和特性非常重要。传感器主要用于测量和控制系统的性能，其性能好坏直接影响系统的性能。因此，除了确定各种传感器的结构、原理和性能指标外，还必须适当地调整传感器以满足信号处理、显示和控制要求，并通过对传感器应用原理和智能传感器实例的分析，将传感器和信息通信与信息处理相结合，以适应传感器的生产、开发、开发和应用。另一方面，传感器为了提高生产力、提高生产力、提高使用期限，分别开发了适合使用的传感器，出现了各种新的传感器和传感器系统。温度传感器是重要类型的传感器。具有快速的开发速度、广阔的应用程序和巨大的潜力。根据实用、广泛、通用的原则设计了该系统，以提高对传感器的理解和理解，特别是对温度传感器的深入研究及其使用和用途。本文利用与温度传感器技术相结合的单片机开发了这种温度测量系统。本文将传感器理论与单片机的实际应用有机结合，并利用热阻作为温度传感器测量实时温度，详细介绍了热电转换的原理过程。本设计具有较高的应用前景，设计系统可以作为温度测量显示系统，稍作改造，即可用作热水器温度调节系统、生产温度监控系统等。这个课题的主要任务是完成环境温度的测量，显示温度和实时时间。设计的系统具有控制操作方便灵活的可移植性等优点。该设计系统包括六个部分：温度传感器、信号放大器、A/D转换模块、时钟模块、数据处理和控制模块、温度、时间标记模块。本文详细介绍了每个功能和实现过程。整个系统的核心是进行温度测量和显示，完成作业的所有要求。2.22.2 PT100PT100传感器介绍从温度传感器使用的角度来看，大致可分为接触和非接触两类。也就是说，让温度传递者直接与正在测试的物体接触，后者将温度传感器距离被测试的物体一定距离，以检测被测量的物体发出的红外线为目的。接触传感器比接触式和非接触式温度传感器使用更多，非接触式传感器一般用于更特殊的场合，目前广泛使用的接触温度传感器主要有热阻传感器，将热变化转换为电阻变化，将温度变化转换为热电势变化的热电偶传感器。热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两类，前者称为热电阻，后者称为热电阻。常用的热阻材料包括铂、铜、镍、铁等，具有较高的温度系数、较高的电阻、化学、物理特性稳定性、良好的线性输出特性等，通常使用热阻(例如Pt100、Pt1000等)。最近，DALLAS的DS18B20、MAXIM的MAX6576、MAX6577、ADI的AD7416等数字温度传感器陆续开发出来，其特点是与单总线技术微控制器(如DS18B20)的简单接口。MAXIM公司的两种温度传感器是频率输出、周期输出、本质上是数字输出，而ADI的AD7416的数字接口是近年来比较普及的I2C总线，具有数字接口的温度传感器芯片给用户带来了很大的方便，但是这些设备的最大缺点是温度测量范围太窄，一般只有-55 125 ，温度测量精度不高，一般为0.5 热电偶是目前广泛应用于接触温度测量的热电传感器，其优点是结构简单，制造方便，温度范围大，热惯性小，精度高，输出信号容易传得远。常用的热电偶材料有铂铑-铂、铱-铱、镍铁-镍铜、铜-钢铜等，多种材料的热电偶在温度测量范围不同的情况下使用。热电偶使用错误主要是由索引错误、膨胀导线错误、操作错误和使用的仪表错误等引起的。非接触温度传感器主要以物体通过热辐射能量反映物体温度高低的方式，防止与高温主体接触，温度测量不损伤温度场，温度范围大，精度高，转速快，测量可测量的近距小目标温度和可测量的远距大面积目标的温度。目前使用受限的主要原因是价格比较贵，第二是非接触温度传感器的输出也存在非线性问题，其输出受与测量对象的距离、环境温度等多种其他因素的影响。本设计的任务是采用需要测量的范围为0 100，测量值为0.1，基于综合价格和后续电路，线性度相对较好的PT100作为本课题的温度传感器，具体模型为WZP型铂电阻，该传感器的温度范围为-200 650。附录a中介绍了特定0 100的索引特性表。三.三.设计方案设计3.13.1系统方框图系统方框图本设计系统主要包括温度信号采集装置、时间信号采集装置、单片机数据处理单个元素、时间、温度显示装置。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)、放大电路和A/D转换电路。系统的完整方块图如图所示。信号放大调理电路PT100温度传感器A/D转换电路时钟电气电路关键控制电路AT89S51微控制器LED数码管显示电路图3-1系统整体方框图3.23.2系统工作原理系统温度测量模拟电路当前PT100热阻传感器电阻值，转换为容易测量的电阻传感器电阻值，通过放大器放大信号，将模拟电压作为数字信号发送到A/D转换器，然后将at 89s 55转换为微控制器另一个时钟芯片DS1302将时钟信号发送到单个机器进行处理控制，并显示时间进行实时温度监控。四。硬件设计硬件设计4.14.1 PT100PT100传感器特性和温度测量原理传感器特性和温度测量原理电阻式温度传感器(RTD，resistance temperature detector)表示材料材料的电阻，其电阻随温度变化而改变。PT100温度传感器是以铂(PT)制成的电阻温度传感器，大致表示0 650 范围内电阻和温度之间的关系。Rt=R0 (1 At Bt2)的范围为-200 0 。Rt=R0 (1 At Bt2 C(t-100)t3的a、b、C为常数，a=3.9684710-3；b=-5.84710-7；c=-4.2210-12；电阻-温度关系的线性性很好，因此在较小的范围内测量电阻和温度变化的关系为R=Ro(1 T)。其中=0.00392，Ro为100 (0 的电阻值)，t为华氏温度，因此是铂制电阻温度传感器，也称为PT100。PT100温度传感器广泛测量：-200 650，偏差小，响应时间短，振动，稳定性好，精度高，可承受高压，该设计采用PT100作为温度传感器。主要技术指标：1 .温度测量范围：-摄氏200度至650度；温度测量准确度：0.1摄氏度；3.稳定性：摄氏0.1度Pt100是电阻式温度传感器，测量温度测量本质上传感器的电阻。一般来说，将电阻的变化转换为模拟信号(如电压或电流)，然后将模拟信号转换为数字信号，从辅助设备转换其温度。使用Pt100测量温度：设计通过Pt100热阻从Pt100检测电压变化并转换温度的恒流源。4.24.2信号调理电路信号调理电路的目的是将现场传感器的信号转换为A/D转换器能够识别的其他信号。该系统是温度传感器为热阻PT100，因此调理电路将温度相关电阻信号转换为A/D转换器可接受的电压信号的方法。4.34.3恒流源电路恒流源电路如上所述，对PT100传感器温度测量原理，使用由PT100构成信号的获取电路和恒定电流源电路通过温度传感器时，温度传感器两端的电压反映温度变化。图4-3-1获得恒流源的结构电路恒流源电路设计、由特殊恒流管组成的晶体管和通过更巧妙设计的低成本器件组成的系统，以低功率发射为核心构成，恒定流效果理想，系统设计的恒流源电路如下图2-2所示。r 1161.5k 1 3 2 7 lm 336-2.5v 8 5 3 6 74 1 u1 op-07 vr3 10k r17 500 r11 pt 10012v-12v VCC 2 3图4-3-2 op放大器组成的静电产生的恒流源电路上图，OP-07的逆相因此，在1.5K电阻上流动的电流的大小是固定的，并且必须与从OP-07输出流向温度传感器PT100的电流相同，为了实现恒流效果，连接PT100两端的压差从指示温度变化的信号准确地进入后电平放大器。这里值得注意的是恒流效应的好坏与以下几个因素有关。图1.5K电阻的准确度和温度稳定性好，我们采用高精度和稳定电阻；还必须选择输入阻抗高的OP放大器，包括恒流发射(图中的OP-07)和后端放大器(图中的AD620)。否则，更大的输入电流也会直接影响恒流效果。最后一点是基准电压(图示为-2.5v)的稳定性很高。其中基准电压使用LM336-2.5V作为基准电压基准。4.44.4放大器设计放大电路的设计放大器选择对提高测量精度也至关重要。检查相关数据表明，在放大器电路整流中，通常对第一放大器的低噪声、低输入偏置电流、高共模抑制比等要求大部分是自制的第三op放大器结构，如下图所示，由A1、A2组成的第三op放大器的相、逆输入放大器、后电平是差动放大器。在此图表中，参数数的对称性和一致性尤为重要，包括周边电阻元件R1和R2、R3和R4、R5和R6，以及A1和A2放大器的一致性，因此，通过直接制作高性能放大器，对设备要求很高。随着微电子技术的发展，市场上出现了专用高性能仪表放大器，内部核心结构仍然是三极线，但利用微电子解决刚出现的参数匹配问题已不再是复杂的问题。-a1-a2-a3r 2r 1r 7 R6 R3 r5 R4 v in v out图4-4-1 3运算放大器结构图近年来随着微电子技术的发展，市场上出现了许多专用高性能芯片，AD620、AD623具有上述3运算放大器结构，在此设计中，根据部件项目，最终将AD620作为放大电路的第一个AD620是输入偏置电流、快速构建时间和准确度低的外部电阻1 1000倍的低成本低功耗放大器，适用于计量和传感器接口等精确数据采集系统，以及医疗设备应用系统(如ECG检测和血压监控)、多路复用器和电池供电前置放大器。AD620的内部结构比由OP-07组成的3 op放大器电路设计的性能要好得多，1脚和8脚之间有RG电阻，增益由g=1 49.4 k/rg确定，因为周围电路非常简单，因此适用于系统，如下图2-4所示。温度测量范围为0 100 ，温度传感器的电阻为100欧姆到138.51欧姆，恒流源为5/3毫安，所以我们假设AD620的输入为166.7毫伏，TLC2543的最大输入为5.000伏。为了最大限度地保证分辨率而设计的放大器的增益是20倍。假定仅使用一个AD620，则AD620的输出为2v到5V (TLC仅转换5V)。因此，12位A/D转换