PT铂热电阻温度检测仪初步设计方案

1、无论在工业.农业.科学研究.国防和人们口常生活的各个方面温度测址和控制都是极为垂要的课題。温度侧呈系统 在单片机系统设计中应用广泛很据单片机系统设计耍求的不同温度测址系统的设计也有所不I孔有采用集成芯片的. 也有采用恒流源器件和恒压源器件的：本系统选用PT100钳热电阻作为温度信号采集元件來进行温度测址系统设计， 1基本工作原理PT100钳热电阻的阻值fifi着温度的变化而变化.利用这一特点来采集温度信弓将釆集到的信号转换成电压倍小 再经 过A/D转换成数字信号并由单片机系统读取：单片机系统把读取到的数字信号进行识别处理并换算成与温度对应的 数字信号.最后再由液晶显示器显示输出温度值，2硬件设

2、计唤件组成主耍包括恒涼源电路、电压放大、A/D转换接口电路、光料隔离电路.液晶敏示电路5个组成部分。2.1恒流源电路恒流源电路如图1所示。其中芯片OP07为运算放大器,它和5个电阻组成恒流源电路.在VIN+处输出1 mA的工 作电涼。图中DGND=5V VMC=O V有4个节点分别是NET1 NET2 NET3NET4。设流过R110的电流为 la.流过R114的电流为Ib单位为mA.方向都向右。則根据运放的虚断和虚短.則有方程：DGND-(Rlll+R110)xla+R114xlb-R113x(DGND-Rlllxla)/R112)-(VDGND-Rlllxla)=0代入数据.有：5-(10

3、+l)xla+lxlb-2x(5-10xla) / 10)-(5-10xla)=0c 1 mA.为I即为所求电流Ia+Ib而Ia+Ib=1可算得.根据方程.可知耍得到Ia+Ib为常数.必须満足：R113XR111 / R112-R110=R114所以.这个电路成为恒滅源的条件是：R111 / R112=(R110+R114)/ R113如果 R111=R112 则必须 R110+R114=R113.此时.恒流值为 I=DGNDXR113 / R112 / R114其中J110用于连接PT100钳热电阴.2.2电压放大及A/D转换接口电路PT100钳热电阻一瑞输出的电压很小.如果直接与A/D转换

4、器相连接.则转换数据偏差较大：所以本设计屮将PT100 钳热电阻一端输出的电压放大10倍后与电压跟随器相连接再进行A / D转换.这样就能得到较好的转换效果.如图 2所示。将密放大器INA118和电圧廉准芯片MC1403组成放大电路.VIN+为PT100钳热电阻一端输出的电压值： WIN为基准电压源MC1403输出的电压值：VOUT为放大后的输出电压值。计篦公式为：VOUT=GX(VIN+)-(VIN-).其中G的大小由电阻R120來决定与外例电阻组成电压跟随器：OPA277。芯片R120 / G=l+50 kQ.选用双积分型3(1 / 2)位的MC14433芯片A / D转换器(相当于11位

5、二进制数) MC14433采用动态扫描BCD码 输出方式.即千、百、十、个位BCD码轮流地在Q0 Q4端输出同时在DS1-DS4端出现冋步字位选通信号。如 图3所示。MC1403集成精密+25 V电圧源经电位器分压后作为A/D转换的基准电压。MC14433的DU端与EOC端相连. 以选择连续转换方式.每次转换结果都送至输出寄存器。EOC堤A/D转换结束的输出标志信号。单片机在读取A/D结果时可以采用中断方式或査询方式.为使单片机能忙于其他任务.本瑞INT1相连肩经光耦连至单片机的EOC端与DU设计系统釆用屮断方式。.在M C14433上电后.即对外部模拟输入电圧信号进行A/D转换.由于EOC与

6、DU端相连.每次转换完毕都冇相应 的BCD码及相陋的选通倍号出现在Q0Q4和DS1DS4上。当单片机开放中断.允许INT1中断申请.并置外部 中I祈为边沿触发方式.在执行中晰程序后.每伙A/D转换结束时.都将把A/D转换结果送入片内RAM屮。Aim令过MC14433A D转涣再经光耦隔离电路传送给单片机单片机处理后由液晶显示器输出ifl度值.2.3光耦隔离电路为仕输入倍号准确无谋.在I/O 口扩展苦片8255与A/D转换部分采用光耦进行确离。A D转换作为模拟址输人部 分.采用独立模拟电源和模拟地：单片机及I/O 口扩展芯片8255作为数字部分采用独立数字电源和数字地.减少外 部输入对单片机的

7、影响Q0Q4和DS1DS4用2片TLP521-4进行 所示。4 口上电路如图8255C隔离后连接 至扩展芯片.2.4单片机控制与液晶显示接口电路本设计选用的128X64点阵的0CMJ4X8C中文液晶图形显示模块:C系列屮文模块可以報示字母.敌字符昧屮 文字型及图形.具有绘图及文字画面混合報示功能.与传统的图形点阵液晶显示模块相比.单片机硬件接口电路以及软 件編程比较简单.内置2 Mb中文字型ROM（CGROM）总共捉供8 192个中文字型.可节省大虽单片机设计的ROM空 间.可更多地報示汉字字符的数量更加发挥了液晶显示技术模块非常适用于眾示汉字信息址较大的智能仪器仪表系统 及家用电8COCMJ

8、4X在单片机系统中的应用器：可采用8位并列接口传输讯号及帕亍接口与小行传输资料2种资料传输方式。本设计系统采用的是并列传输方式。 单片机控制与液晶显示接口电路如图5所示（J91和J11用丁连接液晶報示器）：3软件设计及程序流程图技件设计主要分为主程序.INTO外部中断子程序.液品显示子程序.主程序完成对中断的初始化、等待外部中晰的奄 询结果.调用显示子程序 INTO外部子程序完成对趙度测址数据的读取.显示子程序完成液晶显示器的初始化 温度值程序流程图如图6所示。.在单片机读取A/D转换后的BCD码时.为了避免读取不正确数值在软件編程时采用对数据多次采样的方法即在 一定的时间内.连续读取BCD码

9、.全部为一样的数值时才作为正确的数值接收.否则视为不正确数值而被忽略.这样 可以有效地保障在显示器上输出的温度值连续变化.而不发生干扰性的跳动：由干PT1OO 热电阳的阻值随隘度的变 化为非线性的所以在软件編程时进行了线性拟合.阴值（R）与温度（T）的关系式为T=2469R+272.其中电阻R的 单位是Q： T的单位是K,4结语在度测量系统设计中.PT1OO钳热电阳被密封在金属榜小迖样卞用本温度测量系统不但可以检测室内的气体温度, 还可以检测土壤、液体、种子等内的温度.大大提岛了温度渕址系统的适用范圉.且采用PT1OO WJ热电阻为鮎度釆集 元件可有效地降低开发成本。而且在设计屮所釆用的MCI

10、4433A / D转换器虽然转换速度慢但具有抗干扰性能好、 转换将度高在不耍求高速转换的隘度控制系统屮.则被广转换部分与单片机控制系统完全采用光耦进行隔离.在降低 干扰倍号对单片机控制系统的D / A泛釆用。.影响方而起到重耍的作用，另外在设计屮所釆用的OCMJ4X8C液晶显示器其与单片机皱件连接相当简单.无需其他 外圉器件.即节省（元件又使设计简单化，本温度测址系统电路设计简单方便.实用性好.电埒I：作稳定.可靠性高。恒流源电路（电涼反射镜电路）.（1）基本槪念：恒流源是输出电流保持恒定的电流源.而理想的恒流源应该具有以下特点：a）不因负杈（输出电压）变化而改变：b）不因坏境温度变化而改变：

11、c）内阳为无限大（以便其电流可以全部流出到外而）。能够提供恒定电流的电路即为恒流源电路又称为电流反射镜电路：（2）基本原理:星本的恒流源电路主要是由输入级和输出级构成输入级提供参考电输出级输出需耍的恒定电流 构成恒潦源电路的星本原則：恒漩源电路獗是耍能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的基础，即耍求恒流源电路输出恒定电流因此 作为输出级的器件咸该是具有饱和输岀电滅的伏安特性：这可以采用匸作丁输出电流饱和状态的BJT或者MOSFET來 实现，为了保证输出晶体管的电涼稳定.就必须要满足两个条件：a）其输入电压耍稳定一一输入级需耍是恒压源：b）输出 晶体管的输出电阻尽虽大（最好堤无穷大）一一输出级需耍堤恒流源， 对于输入级器件的耍求：因为输入级需耍是恒压源.所以可以采用具有电压饱和伏安特性的器件來作为输入级：一般的pn结二极管就具有这 种特性一一指数式上升的伏安特性；刃外.把增强型MOSFET的源涵极短接所构成的二极管.也具冇类似的伏安特性 抛物线式上升的伏安特性.在IC中釆用二极管1卜件时,般都是利用2极管进行适当连接而成的集成二极管.I种二极管BE能够适应IC 1：艺.又具有其持殊的优点。对丁