PT100鉑熱電阻溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、pt100鉑熱電阻溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無論在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)討論、國防和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€方面，溫度測量和控制都是極為重要的課題。溫度測量系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，按照單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的不同，溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有所不同，有采納集成芯片的，也有采納恒流源器件和恒壓源器件的。本系統(tǒng)選用pt100鉑熱作為溫度信號采集元件，來舉行溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1 基本工作原理pt100鉑熱電阻的阻值隨著溫度的變幻而變幻，利用這一特點(diǎn)來采集溫度信號，將采集到的信號轉(zhuǎn)換成信號；再經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并由單片機(jī)系統(tǒng)讀?。粏纹瑱C(jī)系統(tǒng)把讀取到的數(shù)字信號舉行識別處理，并換算成與溫度對應(yīng)的數(shù)字信號，最后再由液晶顯示輸出溫度

2、值。2 硬件設(shè)計(jì)硬件組成主要包括恒流源、電壓放大、ad轉(zhuǎn)換接口電路、光耦隔離電路、液晶顯示電路5個組成部分。2.1 恒流源電路恒流源電路1所示。其中芯片op07為運(yùn)算，它和5個電阻組成恒流源電路，在vin+處輸出1 ma的工作。圖中dgnd=5 v，vmc=0 v，有4個節(jié)點(diǎn)分離是net1，net2，net3，net4。設(shè)流過r110的電流為ia，流過r114的電流為ib，單位為ma，方向都向右。則按照運(yùn)放的虛斷和虛短，則有方程：dgnd-(r111+r110)×ia+r114×ib-r113×(dgnd-r111×ia)r112)-(vdgnd-r11

3、1×ia)=0代入數(shù)據(jù)，有：5-(10+1)×ia+1×ib-2×(5-10×ia)10)-(5-10×ia)=0可算得ia+ib=1，而ia+ib即為所求電流i，為1 ma。按照方程，可知要得到ia+ib為常數(shù)，必需滿足：r113×r111r112-r110=r114所以，這個電路成為恒流源的條件是：r111r112=(r110+r114)r113假如r111=r112則必需r110+r114=r113，此時，恒流值為i=dgnd×r113r112r114。其中j110用于銜接pt100鉑熱電阻。2.2 電壓放大

4、及ad轉(zhuǎn)換接口電路pt100鉑熱電阻一端輸出的電壓很小，假如挺直與ad轉(zhuǎn)換器相銜接，則轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)偏差較大；所以本設(shè)計(jì)中將pt100鉑熱電阻一端輸出的電壓放大10倍后與電壓尾隨器相銜接，再舉行ad轉(zhuǎn)換，這樣就能得到較好的轉(zhuǎn)換效果，2所示。精密放大器ina118和電壓基準(zhǔn)芯片mc1403組成放大電路，vin+為pt100鉑熱電阻一端輸出的電壓值；win-為基準(zhǔn)電壓源mc1403輸出的電壓值；vout為放大后的輸出電壓值。計(jì)算公式為：vout=g×(vin+)-(vin-)，其中g(shù)的大小由電阻r120來打算，g=1+50 kr120。芯片opa277與外圍電阻組成電壓尾隨器。選用雙積分型3(

5、12)位的mc14433芯片ad轉(zhuǎn)換器(相當(dāng)于11位二進(jìn)制數(shù))，mc14433采納動態(tài)掃描bcd碼輸出方式，即千、百、十、個位bcd碼輪番地在q0q4端輸出，同時在ds1ds4端浮現(xiàn)同步字位選通信號。3所示。mc1403集成精密+2.5 v電壓源經(jīng)電位器分壓后作為ad轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓。mc14433的du端與eoc端相連，以挑選延續(xù)轉(zhuǎn)換方式，每次轉(zhuǎn)換結(jié)果都送至輸出寄存器。eoc是ad轉(zhuǎn)換結(jié)束的輸出標(biāo)記信號。單片機(jī)在讀取ad轉(zhuǎn)換結(jié)果時，可以采納中斷方式或查詢方式。為使單片機(jī)能忙于其他任務(wù)，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采納中斷方式。du端與eoc相連后經(jīng)光耦連至單片機(jī)的int1端。在mc14433上電后，即對外部模擬

6、輸入電壓信號舉行ad轉(zhuǎn)換，因?yàn)閑oc與du端相連，每次轉(zhuǎn)換完畢都有相應(yīng)的bcd碼及相應(yīng)的選通信號浮現(xiàn)在q0q4和ds1ds4上。當(dāng)單片機(jī)開放中斷，允許int1中斷申請，并置外部中斷為邊沿觸發(fā)方式，在執(zhí)行中斷程序后，每次ad轉(zhuǎn)換結(jié)束時，都將把a(bǔ)d轉(zhuǎn)換結(jié)果送入片內(nèi)ram中。電壓信號經(jīng)過mc14433ad轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)光耦隔離電路傳送給單片機(jī)，單片機(jī)處理后由液晶顯示器輸出溫度值。2.3 光耦隔離電路為使輸入信號精確無誤，在io口擴(kuò)展芯片8255與ad轉(zhuǎn)換部分采納光耦舉行隔離。ad轉(zhuǎn)換作為模擬量輸人部分，采納自立模擬電源和模擬地。單片機(jī)及io口擴(kuò)展芯片8255作為數(shù)字部分采納自立數(shù)字電源和數(shù)字地，削減外

7、部輸入對單片機(jī)的影響。q0q4和ds1ds4用2片tlp521-4舉行隔離后銜接至擴(kuò)展芯片8255c口上，電路4所示。2.4 單片機(jī)控制與液晶顯示接口電路本設(shè)計(jì)選用的是128×64點(diǎn)陣的ocmj4×8c中文液晶圖形顯示模塊。c系列中文模塊可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能，與傳統(tǒng)的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，單片機(jī)硬件接口電路以及軟件編程比較容易，內(nèi)置2 mb中文字型rom(cgrom)總共提供8 192個中文字型，可節(jié)約大量單片機(jī)設(shè)計(jì)的rom空間，可更多地顯示漢字字符的數(shù)量，越發(fā)發(fā)揮了液晶顯示技術(shù)在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。ocmj4×

8、;8c模塊十分適用于顯示漢字信息量較大的智能儀器儀表系統(tǒng)及家用電器。可采納8位并列接口傳輸訊號及串行接口與串行傳輸資料2種資料傳輸方式。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采納的是并列傳輸方式。單片機(jī)控制與液晶顯示接口電路5所示(j91和j11用于銜接液晶顯示器)。3 軟件設(shè)計(jì)及程序流程圖軟件設(shè)計(jì)主要分為主程序、int0外部中斷子程序、液晶顯示子程序。主程序完成對中斷的初始化、等待外部中斷的查詢結(jié)果、調(diào)用顯示子程序。int0外部子程序完成對溫度測量數(shù)據(jù)的讀取。顯示子程序完成液晶顯示器的初始化及顯示溫度值。程序流程圖6所示。在單片機(jī)讀取ad轉(zhuǎn)換后的bcd碼時，為了避開讀取不正確數(shù)值，在軟件編程時采納對數(shù)據(jù)多次采樣的辦法，

9、即在一定的時光內(nèi)，延續(xù)讀取bcd碼，所有為一樣的數(shù)值時才作為正確的數(shù)值接收，否則視為不正確數(shù)值而被忽視，這樣可以有效地保障在顯示器上輸出的溫度值延續(xù)變幻，而不發(fā)生干擾性的跳躍。因?yàn)閜t100鉑熱電阻的阻值隨溫度的變幻為非線性的，所以在軟件編程時舉行了線性擬合，阻值(r)與溫度(t)的關(guān)系式為t=2.469r+27.2，其中電阻r的單位是；t的單位是k。4 結(jié) 語在溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，pt100鉑熱電阻被密封在金屬棒中，這樣使得本溫度測量系統(tǒng)不但可以檢測室內(nèi)的氣體溫度，還可以檢測土壤、液體、種子等內(nèi)的溫度，大大提高了溫度測量系統(tǒng)的適用范圍，且采納pt100鉑熱電阻為溫度采集元件，可有效地降低開發(fā)成本。而且在設(shè)計(jì)中所采納的mcl4433ad轉(zhuǎn)換器，雖然轉(zhuǎn)換速度慢，但具有抗干擾性能好、轉(zhuǎn)換精度高，在不要求高速轉(zhuǎn)換的溫度控制系統(tǒng)中，則被廣泛采納。ad轉(zhuǎn)換部分與單片機(jī)控制系統(tǒng)徹低采