基于PT100的数字温度计的设计

成绩评定表学生姓名班级学号专业测控技术与仪器课程设计题目基于热电阻的温度检测系统的设计评语组长签字：成绩日期201年月日课程设计任务书学院自动化与电气工程学院专业测控技术与仪器学生姓名班级学号课程设计题目基于热电阻的温度检测系统的设计实践教学要求与任务:1、熟悉所确定的题目，从问题需求、程序结构、难点及关键技术等方面进行分析,形成系统的设计方案；2、根据方案设计硬件电路；3、软件编程并调试；4、完成课程设计报告，打印程序，给出运行结果。工作计划与进度安排:第18周（12月28日-12月31日）：根据设计要求和内容查阅参考文献或资料，提出设计方案，进行原理设计。第20周（1月11日-1月15日）：根据设计方案，完善设计，并进行硬件及软件调试，测试，撰写课程设计报告，答辩。指导教师：201年月日专业负责人：201年月日学院教学副院长：201年月日1引言...........................................................................................................12系统总体设计方案.................................................................................22.1方案设计.......................................................................................22.2工作原理.......................................................................................23系统硬件设计.........................................................................................33.1铂热电阻简介...............................................................................43.2运算放大器LM324简介...........................................................53.3ADC0804芯片简介.....................................................................63.4控制电路......................................................................................73.5显示电路.....................................................................................104系统软件设计........................................................................................114.1软件介绍.....................................................................................114.2程序流程图.................................................................................135元件清单...............................................................................................146系统调试与测试结果...........................................................................147测量结果分析.......................................................................................157.1结果分析.....................................................................................157.2误差分析.....................................................................................168总结........................................................................................................19参考文献....................................................................................................19附录............................................................................................................2011引言在工农业生产中，温度检测及其控制占有举足轻重的地位，随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。要达到较高的测量精度需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差等问题，使温度检测复杂化。模拟信号在长距离传输过程中，抗电磁干扰时令设计者伤脑筋的问题，对于多点温度检测的场合，各被检测点到监测装置之间引线距离往往不同，此外，各感元件参数的不一致，这些都是造成误差的原因，并且难以完全清除。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。采用单片机对温度采集进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控数据的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。由于科学技术的飞速发展，特别是微电子加工技术，计算机技术及信息处理技术的发展，人们对信息资源的需求日益增长，作为提供信息的传感技术及传感器愈来愈引起人们的重视，而综合各种技术的传感器技术也进入到一个飞速的发展阶段。要及时正确地获取各种信息，解决工程、生产及科研中遇到的各种具体的检查问题，就必须合理选择和善于应用各种传感器及传感技术。如最简单的温度的测量，有热电偶、光纤温度传感器等等。但是，热电阻是开发早、种类多、发展较成熟的感元器。热电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。热电阻器是感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热电阻器和负温度系数热电阻器。热电阻器的典型特点是对温度感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热电阻器在温度越高时电阻值越大，负温度系数热电阻器在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。随着半导体技术的不断发展，热电阻作为一种新型感温元件应用越来越广泛。他具有体积小、灵度高、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点,最重要的是作为温度传感器的热电阻的灵度非常高，这是其他测温传感器所不能比拟的。2本课题基于热电阻的以上优点，并利用单片机和放大器等元器件，在protus和keil软件环境下，对热电阻的测温系统进行仿真。2系统总体设计方案2.1方案设计使用热电阻pt100温度传感器利用其感温效应，热电阻随环境温度的变化而变化，在电路图中将电阻值的变化转换成电压的变化，再将电压值作为输入信号输入至AD转换器中进行模拟信号到数字信号的转换，其输出端接单片机，向单片机内写入源程序，将被测温度在显示器上显示出来：测量温度范围−50℃～110℃。精度误为1℃。LED数码直读显示。方案框图如图1所示：→图1方案框图2.2工作原理本题目使用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为0.385Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。采用2.55mA的电流源对PT100进行供电，然后用运算放大器LM324搭建的环境温度热电阻阻值变化电压值变化AD转换单片机处理显示温度3同相放大电路将其电压信号放大10倍后输入到AD0804中。利用电阻变化率0.385Ω/℃的特性，计算出当前温度值。测温系统如图2所示：图2温度检测系统如图2所示，热电阻RT和RA1，RB1和RC1，可以改变电阻R2组成一个测温点桥，在温度为20度时，调节R2使点桥达到平衡。当温度升高时，热电阻的阻值变大，电桥失去平衡，电桥输出不平衡的电压，经过滤波后，输入运算放大器，进行放大处理。3系统硬件设计系统硬件连接图如图3所示：图3系统硬件连接图4现对各部分硬件进行介绍。3.1铂热电阻简介pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0℃的时候他的阻值为100欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见Pt100在常温0~100℃之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPt=100（1+At），当温度变化1℃，Pt100阻值近似变化0.39欧。图4Pt100的分度表（0℃~100℃）5图5电阻温度曲线图3.2运算放大器LM324简介LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0V或者高到32V的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。如图6所示：图6LM324引脚图图7是LM324运算放大器的工作原理图，同相交流放大器的特点是输入阻抗6高。其中R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进行偏置。电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4，电路输入电阻为R3。R4的阻值范围为几千欧姆到十几千欧姆。图7LM324原理图3.3ADC0804芯片简介ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片。分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0～5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无需附加逻辑接口电路。ADC0804芯片管脚如图8所示引脚名称及意义如下：图8ADC0804管脚图7VIN+、VIN-：ADC0804的两模拟信号输出端，用以接收单极性、双极性和差模输入信号。D7～D0：A/