PT1000温度测量

基于PT1000的温度测量仪 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 摘要：本文主要介绍了温度测量仪的设计，包括硬件设计和软件设计。文中首先介绍系统总体结构，接着对系统设计过程进行具体介绍（包括硬件部分和软件部分），最后对本次设计进行 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 。在本次设计中选用了PT1000作为温度传感器，采用恒流源测温 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，通过单片机进行控制，用放大器、A/D转换器进行温度信号的采集。总的来说，该设计是可行的。 关键词：温度 PT1000热电阻 AT89C51单片机 Design of temperature measuring instrument based on PT1000 Abstract: This paper mainly introduces the design of temperature measuring instrument, including the hardware design and software design. This paper introduces the overall structure of the system, then the system design process were introduced ( including the hardware part and software ), the last of this design were summarized in this paper. In this design chose PT1000 as a temperature sensor, adopts a constant-current source method for temperature measurement, through the microcontroller to control, amplifier, A / D converter temperature signal acquisition. In general, the design is feasible. Key words: AT89C51 microcontroller; Pt1000 thermal resistance; temperature; 一、设计目的和意义 温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量，也是工业控制中主要的被控参数之一。对温度的测量与控制在现代工业中也是运用的越来越广泛。作为在各种控制场合经常使用的传感器，它的性能好坏会直接影响到系统性能。因此，要选择适当的传感器，不仅要掌握各种类型传感器的结构、原理及性能指标，还必须懂得传感器的信号应该如何控制、处理和现实，只有通过对传感器应用实例的分析了解，才能掌握传感器的开发和应用。现在越来越多的传感器被用于各个领域，且为了提高自身的功效、时效及生产力，各领域的专家们也在自主研发适用于该领域的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。 温度传感器是其中重要的一类传器。其发展速度之快，以及其应用之广，且还有很大潜力。为了提高对传感器的认识和了解，基于实用、广泛和典型的原则设计了本系统。 二、控制要求 1、使用PT1000设计放大测量电路，如桥式测量电路。 2、设计放大电路和滤波电路，使用A/D和MCU完成数据采集、处理显示。 3、搭建电路完成调试 4、分析结果 5、测量范围0~120度，精度0.5度。 6、实时显示温度，精确到两位小数。 三、设计方案论证 根据要求，本设计的测温模拟电路是把当前PT1000热电阻传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号后传给单片机AT89C51，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值，并将数据送出到LED数码管进行显示。 本设计系统包括了温度测量单元，信号处理单元，A/D转换模块，数据处理与控制模块，温度显示五个部分。 系统结构图如图1所示： 图1 系统结构总框图 四、系统设计 1、硬件设计 （1）温度测量电路 本方案采用惠斯顿电桥测量温度，此种方法中电桥的四个电阻中三个是恒定的，另一个用Pt1000热电阻，当Pt1000电阻值变化时，测试端产生一个电势差，由此电势差换算出温度。测量电路图如图2 惠斯顿电桥测量温度电路： 图2 惠斯顿电桥测量温度电路 另一种方案采用恒流源测量电路的方法，通过电路提供一个恒流源，使通过PT1000的电流恒定不变，即PT1000上产生的压降只与它自身阻值有关。具体点电路图如图3 恒流源测量温度电路： 图3 恒流源测量温度电路 考虑到电路的难易、性能以及其他参数指标的计算方便与否，本次设计选用了惠斯顿电桥测量温度的方法。 （2）信号放大电路（包括滤波电路） 使用LM358对PT1000上产生的压降进行放大，在这个电路中放大倍数为10倍。具体电路如图4 信号放大及滤波电路： 图4 信号放大及滤波电路 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 （3）A/D转换电路 使用ADC0808对模拟信号进行转换，输入AT89C51进行处理。具体电路图如图5 A/D转换电路： 图5 A/D转换电路 ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。 （4）数据处理电路 通过AT89C51单片机对ADC0808处理后的数据进行分析计算以用作输出。具体电路图如图6 数据处理电路： 图6 数据处理电路 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。 （5）显示电路 使用5位7段共阴LED数码管对AT89C51处理后的数据进行显示。具体电路图如图7 显示电路： 图7 显示电路 根据要求，显示最高位为百位，最低位为小数点后两位。 2、软件设计 软件部分分为延时子程序，显示子程序，数据处理子程序以及主程序四个部分。程序主流程图如下： 图8 系统总流程图 （1）主程序 用于控制单片机开关中断和调用子程序以实现数据的处理和显示，流程图如下： 图9 主程序流程图 （2）显示子程序 用于控制LED显示，流程图如下： 图10 显示程序流程图 （3）数据处理子程序 用于将A/D转换后的数据转换为对应温度输出，流程图如下： 图11 数据处理程序流程图 本设计使用的PT1000热电阻铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的1000即表示它在0℃时阻值为1000欧姆，在300℃时它的阻值约为2120.515欧姆。它的工业原理：当PT1000在0摄氏度的时候它的阻值为1000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。 根据阻值求温度的方法有两种：查表法和计算法。查表法相对计算法速度快，但精度低，且占用一定数量的程序空间。如果对温度精度要求较高且程序存储器资源有限，最好是用计算法。 铂电阻在在0~850oC时，其温度和阻值符合下面的函数关系： （1） RT为温度T时的铂电阻阻值，R0为0oC时的铂电阻阻值，式中系数为： A=3.9083×10-3oC-1 （2） B=－5.775×10-7oC-2 （3） 这样，通过求解上式的反函数，就可以得到阻值和温度的对应关系： （4） 带入数据得： （5） 这样，得到铂电阻阻值后通过上式即可计算出相对应的温度。 本次设计要求测量温度范围为0~120 oC，根据这项要求得到下表： 表1 PT1000温度-阻值对照 T （oC） 0 10 20 30 40 50 60 RT（Ω） 1000 1039 1077 1116 1155 1193 1232 T （oC） 70 80 90 100 110 120 RT（Ω） 1270 1308 1347 1385 1422 1460 根据实际测试，记录并计算出A/D转换输出值（ad_data）处理后的数值（cl）与对应温度的函数关系，写入程序。 表2 温度​​​-ad_data-cl对照 T （oC） 0 10 20 30 40 50 60 ad_data 34 36 39 41 43 45 47 cl 66.66 70.58 76.47 80.39 84.31 88.33 92.15 T （oC） 70 80 90 100 110 120 ad_data 49 50 52 54 56 57 cl 96.07 98.03 101.96 105.88 109.80 111.76 综上，列写出T与cl的函数关系式： 0~10 oC  y1=2.55(x-66.66); （6） 10~20 oC y2=1.69(x-70.59)+10 ; （7） 20~70 oC y3=2.55(x-76.47)+20 ; （8） 70~80 oC y4=5.10(x-96.07)+70 ; （9） 80~110 oC y5=2.54(x-98.03)+80 ; （10） 110~120 oC y6=5.10(x-109.80)+110 ; （11） 五、设计结果及分析 实际测量结果如表3 实际阻值-温度对照表 表3 实际阻值-温度对照表 RT（Ω） 1000 1039 1077 1116 1155 1193 1232 T （oC） 000.00 10.34 20.27 30.33 40.35 50.24 59.67 RT（Ω） 1270 1308 1347 1385 1422 1460 T （oC） 69.95 79.91 90.28 100.14 110.00 120.14 从上表可以看出，实际测量的值与理论值之间存在着一定的差距。造成这种差距的主要原因是计算理论阻值-温度关系时对值进行了近似处理，而之后的计算中同样存在大量近似处理。由此实际测量值和理论值之间存在着差距。 另外，电路的连接中，各个电阻的阻值不全是完全符合设计要求，这种情况也会造成结果误差。 六、结束语 本温度测量系统设计，是采用PT1000温度传感器经过放大和A/D转换器送到单片机进行控制温度显示。经过多次的修改和调试测量，本设计基本符合设计要求，由于受人为因素和软硬件的限制，系统难免不了带来一些误差，但通过调节和精确计算可以减小误差。 通过这次温度测量仪的设计，我对温度测量控制有了进一步的了解和学习，同时再次复习了AT89C51的使用。本设计的重点和难点是，怎样将PT1000检测到的温度信号转化为单片机能够识别的电信号，为此我查阅了很多资料。同样在绘制温度检测电路时我原本更加倾向于使用恒流源检测方式，然而经过多次努力都未能实现其恒流，最后还是选择了老师建议的桥式测量法。 通过本次设计，我了解并掌握了传感器的基本理论知识，更深入的掌握单片机的开发应用和编程控制，为今后的从事软件事业打下了坚实的基础。 参考文献 [1]张淑英.传感器原理及应用.天津大学出版社，2005年 [2]张俊謨.单片机中级教程.北京航空航天大学出版社，2006年 [3]李志全等.智能仪表设计原理及应用.国防工业出版社，1998年 [4]郑建国.一种高精度的铂电阻温度测量方案.自动化仪表，1997年 [5]杨振江等.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用.西安电子科技大学出版社，2001年 [6]周航慈.单片机应用程序设计，北京航空航天大学出版社，1991年 [7]李建民.单片机在温度控制系统中的应用，江汉大学学报，1996年 附录（程序、电路图等） 图12 温度测量电路总图 程序： #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit ST=P3^0; //定义端口 sbit OE=P3^1; sbit EOC=P3^2; sbit l1=P2^0; sbit l2=P2^1; sbit l3=P2^2; sbit l4=P2^3; sbit l5=P2^4; sbit u=P2^5; sbit point=P1^7; uchar ad_data; uchar data dis[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; uchar code led_seg_code[ ]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; //代表0~9（数码管7段码） void delay(unsigned int i)//延时子程序 { while(--i); } void led_show(void) //LED显示子程序 { P1=led_seg_code[dis[4]]; l1=0; delay(1); l1=1; P1=led_seg_code[dis[3]]; l2=0; delay(1); l2=1; P1=led_seg_code[dis[2]]; point=1; l3=0; delay(1); l3=1; P1=led_seg_code[dis[1]]; l4=0; delay(1); l4=1; P1=led_seg_code[dis[0]]; l5=0; delay(1); l5=1; } void data_pro(void) //数据处理子程序 { uint cl=0,wd=0; cl=(uint)(ad_data/0.51); if(0<=cl&&cl<=71) wd=2.55*(cl-66.66); else if(70