溫度變送器設(shè)計(jì)報(bào)告-(原始)

溫度變送器設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告摘要： 本文的溫度變送器是基于SOC系列單片機(jī)C8051F350的溫度測(cè)量裝置。利用溫度傳感器（采用Pt100），將溫度轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大，A/D轉(zhuǎn)換，MCU線性化處理，D/A轉(zhuǎn)換，V/I變換，最后將溫度測(cè)量值轉(zhuǎn)換成420mA的電流輸出。溫度傳感器轉(zhuǎn)化的電信號(hào)，經(jīng)放大以及A/D轉(zhuǎn)換送到C8051F350單片機(jī)中，通過(guò)單片機(jī)處理與誤差校正將測(cè)得電阻值在LED數(shù)碼管中顯示。關(guān)鍵詞：Pt100 C8051F350 LED數(shù)碼顯示管 V/I轉(zhuǎn)換一、方案的設(shè)計(jì)與論證方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)選用C8051F360，其內(nèi)部集成有10位的ADC，分辨率較低，導(dǎo)致結(jié)果的精度不高。 方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)選用C8051F350，它內(nèi)部是24位的ADC，分辨率較高，能夠使結(jié)果的精度滿足題目的要求。故采用此方案溫度變送器的主體設(shè)計(jì)方案如圖1圖1 溫度變送器的設(shè)計(jì)框圖二、理論分析與參數(shù)計(jì)算1溫度傳感器部分： 溫度傳感器采用Pt100(如圖1用Rt表示)。VREF 提供+5V的電壓，通過(guò)R1，Rt，R2，R3構(gòu)成的橋式電阻網(wǎng)絡(luò)將溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后得到差分輸入電壓V=V1-V2。此題中通過(guò)改變Rt的阻值來(lái)代表不同的溫度值。橋式電阻網(wǎng)絡(luò)如圖1.1所示。單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)校準(zhǔn)后，假定AD輸出的數(shù)字量為ADCData，溫度傳感器等效電阻為RTDAT，基準(zhǔn)電壓源為VREF。依據(jù)此電橋輸出電壓V1，RTDAT的計(jì)算關(guān)系如下： 圖1.1 橋式電阻網(wǎng)絡(luò)2 放大電路部分、A/D 轉(zhuǎn)換器：C8051F360有一個(gè)全差分24位的Sigma-Delta模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），該ADC具有在片校準(zhǔn)功能，兩個(gè)獨(dú)立的抽取濾波器可被編程到1KHz的采樣率。可以使用內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)，也可以用差分外部基準(zhǔn)進(jìn)行比率測(cè)量。ADC0 中包含一個(gè)可編程增益放大器，有8種增益設(shè)置，最大增益可達(dá)128倍。模擬多路選擇器將ADC的差分輸 入與8個(gè)外部引腳及內(nèi)部溫度傳感器相連?？梢允褂脙?nèi)部輸入緩沖器為直接連接的變送器提供高輸入阻抗。一個(gè)8位的偏移DAC允許修正較大的輸入偏移電壓?？删幊淘鲆娣糯笃?（PGA ）對(duì)ADC 輸入進(jìn)行放大，可設(shè)置的放大倍數(shù)為 1、2、4、8、16、 32、64 和 128。PGA 增益設(shè)置由寄存器ADC0CN中的AD0GN 位控制。通過(guò)程序的設(shè)定能夠?qū)崿F(xiàn)不同倍數(shù)的增益放大。通過(guò)將寄存器ADC0MD中的AD0EN 位被置 1來(lái)使能ADC0 。其他的可以通過(guò)對(duì)不同的寄存器進(jìn)行賦值來(lái)進(jìn)行配置。3MCU、D/A轉(zhuǎn)換器、LED數(shù)碼管顯示部分： 將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)MCU的線性處理能夠送進(jìn)LED數(shù)碼顯示管顯示，在LED數(shù)碼管中顯示的是電阻的值。線性化處理后的結(jié)果通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換送到V/I變換電路，以測(cè)量電流值。4V/I變換電路：參數(shù)的計(jì)算：三、硬件電路的設(shè)計(jì)V/I變換電路由運(yùn)算放大器TL082，三極管，以及若干電阻和電容組成。其中TL082B構(gòu)成電壓跟隨器,此電路的原理圖如圖3所示。圖3 V/I轉(zhuǎn)換電路原理圖四、軟件設(shè)計(jì)主程序?qū)嶋H上就是C8051F350的初始化，電阻值得轉(zhuǎn)化，與LED數(shù)碼管的顯示。通過(guò)調(diào)用中斷服務(wù)程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)化。主程序的流程圖如圖2所示。圖2 主程序的流程圖A/D中斷服務(wù)程序流程圖五、系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果與誤差分析1 測(cè)試儀器：（1）ESCORT 3136A數(shù)字式萬(wàn)用表（2）LPS-305 數(shù)控式直流穩(wěn)壓電源2測(cè)試的數(shù)據(jù)：（1）實(shí)際的測(cè)量值如表1（2）通過(guò)MATLAB進(jìn)行誤差分析，得到圖2.1所示的圖形電阻176.1168.3164.9156.2146.2139.7129.2122.7115.8108.4100.0電流mA20.3018.6017.7215.8713.7212.3010.098.727.325.764.05溫度C201180170147121103765941220表1 實(shí)際的測(cè)量值圖2.1 誤差分析圖（3）誤差的分析：DAC7512需要提供偏置電壓VDD，由于VDD是單片機(jī)的內(nèi)部電壓源提供，不是恒壓的，可能不穩(wěn)定，在測(cè)量的過(guò)程中產(chǎn)生跳變，導(dǎo)致測(cè)試的結(jié)果產(chǎn)生誤差。3V/I變換電路的測(cè)試與分析V/I部分的實(shí)際測(cè)量的值如表1所示電壓VDAC（V）00.511.522.533.54電流I0（mA）02.514.977.509.9712.5015.0417.6020.2表1 V/I變換電路的實(shí)際測(cè)量值通過(guò)對(duì)表1的電流值進(jìn)行分析可以得出：由于導(dǎo)線也存在電阻，導(dǎo)致測(cè)試的結(jié)果與理論值有偏差。另外一個(gè)方面，電阻存在精度誤差，一般的碳膜電阻精度為5%。六、總結(jié)本文的溫度變送器主要是由溫度傳感器（采用Pt100），C8051F350，以及V/I變換電路組成。重點(diǎn)是對(duì)單片機(jī)的初始化與數(shù)據(jù)的線性化處理。通過(guò)MATLAB的線性擬合，對(duì)程序的設(shè)計(jì)能夠起到事半功倍的效果。作為一簡(jiǎn)易的溫度變送器能夠達(dá)到題目的基本要求，并且在此基礎(chǔ)上能夠提高測(cè)量精度，減小測(cè)量誤差。參考文獻(xiàn)1 C8051F350混合信號(hào)ISP FLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊(cè) 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院 潘琢金 2005 2 數(shù)字式溫度變送器的設(shè)計(jì)與數(shù)字補(bǔ)償 北京生物化工學(xué)院