pt100温度测量电子制作大赛参考设计原理报告

pt100温度测量电子制作大赛参考设计原理报告 第 1 页 共 16 页 重庆邮电大学电子制作大赛 学院 自动化学院 年级 09级 姓名 xx xx xx 学号 班级 0830902 第 2 页 共 16 页 目录 摘 要................................................................................................................................................... 3 关键 字............................................................................................................................................... 3 引 言................................................................................................................................................... 3 1 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 论证与设 计 ........................................................................................................................... 3 2 原理分析与硬件电路 图 ............................................................................................................... 3 2.1恒流源式测温电 路 ............................................................................................................ 4 2.2 A/ D转换电 路 .................................................................................................................. 5 2.3 EEPROM存储芯 片 .............................................................................................................. 5 2.4 1602LCD液晶显 示 ............................................................................................................ 6 2.5 主芯片 80C51 .................................................................................................................... 6 3软件设计与流 程 ............................................................................................................................ 7 3.1理论分析与计 算 ................................................................................................................ 7 3.2程序流程 图 ........................................................................................................................ 9 4主要程序分 析 ................................................................................................................................ 9 4.1 AD信号转换函 .............................................................................................................. 9 数 4.2计算函数 .......................................................................................................................... 10 4.3取样输出、线性插值函数 .............................................................................................. 10 4.4 1602液晶显示函数 ........................................................................................................ 11 4.5门限温度调整函数 .......................................................................................................... 12 4.6延时函数、报警函数 ...................................................................................................... 12 4.7主函数 .............................................................................................................................. 13 5系统测试与误差分 析 .................................................................................................................. 14 5.1测试环 境 .......................................................................................................................... 14 5.2测试仪 器 .......................................................................................................................... 14 5.3测试方法 .......................................................................................................................... 14 5.4测试结果和分析 .............................................................................................................. 15 5.5误差产生原因分析 .......................................................................................................... 15 5总 结.............................................................................................................................................. 15 参考文 献 ......................................................................................................................................... 16 3 页 共 16 页 简易温度测量装置 第 摘要 本简易温度测量装置由单片机主控制模块 电源模块、温度采样与处理 模块和数据转换模块和温度检测模块等构成 由c8051为主控单片机 由自行设 计的恒流源式测温电路进行信号采样 运用集成运算放大器工作在线性区域的特 性对信号进行非线性处理并放大后 通过TLC1549 10位AD芯片将模拟信号变成 数 字信号 再由LCD1602将实时温度显示在液晶屏上 实现了对温度的精确测量。 本装置可对0~40?C之间的温度进行测量 误差不超过正负0.5度 此外报警门限 可手动设置 当温度达到门限值时蜂鸣器会发出警报声。 该装置有测量精确 反应灵敏 设计简单 检测方便等特点。 关键字 恒流源式测温电路 单片机 10位AD转换芯片 精确测量 引言 温度是用来表征物体冷热程度的物理量, 它不可以直接测量, 但可以通过物体随温度变 化其自身的某些特性( 如电阻、电压) 的变化来间接测量。通过研究发现, 金属铂的电阻值 随温度变化而变化, 并且具有很好的重现性和稳定性, 利用此种温度特性制成的温度传感 器称为铂热电阻温度传感器。使用最多的铂热电阻温度传感器零摄氏度标称中阻阻值为100 0 Ω, 电阻变化系数为0.003851。铂电阻温度传感器, 精度高, 稳定性好, 应用Ω和1 温度 范围广, 是中低温区最常用的一种温度传感器, 不仅广泛用于工业测温, 而且被制成各种 标准温度计供计量和校准使用。当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆 它的阻值会 随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系 而更应该 趋近于一条抛物线。 1 方案论证与设计 全系统由c8051做全局控制 由自行设计的温度采样电路进行信号采样 运 用集成运算放大器工作在线性区域的特性对信号进行处理后 通过TLC1549 10 位AD芯片将模拟信号变成数字信号 通过软件编程利用线性插值法去除铂电阻的 部分非线性 线性化处理后的数字再由LCD1602将实时温度显示在液晶屏上 实 现了对温度的精确测量和其他附加功能。本系统的优点在于成本低廉 减少硬件 并满足精度要求。 不足之处在于 默认在0~40?C之间铂电阻阻值与温度呈线性关系 但他们之间的关系并 不是简单的正比的关系 而更应该趋近于一条抛物线。当测量电阻阻值很小时, 测试线的电 阻可能带来误差。 2 原理分析与硬件电路图 根据题目要求 通过信号采集、放大 通过AD转换成数字信号后通过单片机 的运算 计算出温度值 由于采用了10位的转换芯片 计算的温度值可精确到 小数点后3位 同时eeprom将计算出的温度与门限温度对比 决定是否发出警 报 门限温度可通过按键进行调整。 第 4 页 共 16 页 图1 电路设计流程图 2.1恒流源式测温电路 测温原理 通过运放U1A将基准电压2.32V转换为恒流源 电流流过Pt100时 在其上产生压降 再通过运放U1B将该微弱压降信号放大 图中放大倍数为10 即输出期望的电压信号 该信号可直接连AD转换芯片。 根据虚地概念“工作于线性范围内的理想运放的两个输入端同电位” 运放 U1A的“+”端和“-”端电位V+ V- 2.32V 假设运放U1A的输出脚1对地电压为 Vo 根据虚断概念 0-V- /R1+ Vo-V- /RPt100 0 因此电阻Pt100上的压降 VPt100 Vo-V- V-*RPt100/R1 因V-和R1均不变 因此图3虚线框内的电路等效为一个恒流源流过一个Pt100 电阻 电流大小为V- /R1 Pt100上的压降仅和其自身变化的电阻值有关。 具体电路如下图所示 信号采集 放大 10位AD 转换芯片 单片机运算 1602输出温度值 EEPROM 报警 门限值调整 按 键 将温度值与 门限值进行 比较 第 5 页 共 16 页 图2 恒流源式测温电路图 2.2 A/ D转换电路 A/ D 部分为适合测控单元数据传输的需要,采用了TLC1549 芯片,与传统A/ D 芯片并行数据输出方式不同,该芯片采用串行数据输出方式,所以可以通过单 片机输出的串行移位脉冲来控制采样数据的读取。 TLC1549 的分辨率为10 位,为逐次逼近型的高速A/ D 芯片,内置采保功能 和系统时钟,该芯片有3 个通道,其中两个数字量输入通道 片选CS 和内部时钟 输出或外部时钟输入I/ O CLK 和一个三态数据输出通道 DOUT ,从而可以 方便地实现A/ D 芯片与单片机之间的数据接口。A/ D转换电路如图3 所示。 图3 A/ D转换电路图 2.3 EEPROM存储芯片 串行E2PROM是基于I2C-BUS 的存储器件 遵循二线制 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 由于其具有接 口方便 体积小 数据掉电不丢失等特点 在仪器仪表及工业自动化控制中得到 大量的应用。本‎‎装置中用24c02存储门限温度 用于实时监控温度 当测量的外 界温度达到门限值 最大或最小值 时 蜂鸣器将会报警。 具体电路见下图 第 6 页 共 16 页 图3 EEPROM存储芯片连接图 2.4 1602LCD液晶显示 图4 1602LCD液晶显示电路 2.5 主芯片80C51 主芯片80C51存储程序 通过引脚控制其他芯片、电路 该温度测量装置总原理 图如下图所示。 第 7 页 共 16 页 图5 温度测量装置原理图 3软件设计与流程 3.1理论分析与计算 根据题目要求 铂电阻的阻值R会随着外界温度的变化而变化 而且在0到 40?之间大致呈线性状态 由图2得 通过运放U1A将基准电压2.32v转换为恒流源 电流流过Pt100时在其上产 生压降 再通过运放U1B将该微弱压降信号放大 图中放大倍数为10 即输出 期望的电压信号V0 该信号可直接连AD转换芯片。 根据虚地概念“工作于线性范围内的理想运放的两个输入端同电位” 运放 U1A的“+”端和“-”端电位V+ V- 2.32V 假设运放U1A的输出脚1对地电压为 Vo 根据虚断概念 0-V- /R1+ Vo-V- /RPt100 0 因此电阻Pt100上的压降 VPt100 Vo-V- V-*RPt100/R1 因V-和R1均不变 因此图3虚线框内的电路等效为一个恒流源流过一个Pt100 电阻 电流大小为V- /R1 Pt100上的压降仅和其自身变化的电阻值有关。 由于LCD1549芯片有10位分辨率 基准电压V基为2.32v 则模拟电压转换成数 第 8 页 共 16 页 字电压后的分度值为V基/1024,电压信号V0与转换后的数字电压V1关系为 V0= V1*V基/1024, 恒流源电流可以根据欧姆定律得 I=VR/R1=1.16mA, VR 稳压管电压 为2.32v R1=2000Ω 铂电阻的阻值 R0= V0/I 由R0值对照铂电阻阻值和温度变化表即可得到当前的温度值。 表1 Pt100热电阻分度表 温度 ? 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电阻值 Ω 0 10 20 30 40 100.00 103.90 107.79 111.67 115.54 100.39 104.29 108.18 112.06 115.93 100.78 104.68 108.57 112.45 116.31 101.17 105.07 108.96 112.83 116.70 101.56 105.46 109.35 113.22 117.08 101.95 105.85 109.73 113.61 117.47 102.34 106.24 110.12 11+4.00 117.86 102.73 106.63 110.51 114.38 118.24 103.12 107.02 110.90 114.77 118.63 103.51 107.40 111.29 115.15 119.01 50 60 70 80 90 119.40 123.24 127.08 130.90 134.71 119.78 123.63 127.46 131.28 135.09 120.17 124.01 127.84 131.66 135.47 120.55 124.39 128.22 132.04 135.85 120.94 124.78 128.61 132.42 136.23 121.32 125.16 128.99 132.80 136.61 121.71 125.54 129.37 133.18 136.99 122.09 125.93 129.75 133.57 137.37 122.47 126.31 130.13 133.95 137.75 122.86 126.69 130.52 134.33 138.13 第 9 页 共 16 页 3.2程序流程图 4主要程序分析 4.1 AD信号转换函数 通过此函数将模拟电压信号转换成数字的电压信号 根据公式V0= V1*V基/1024, int ad_read(void) { uchar i = 0; int Temp = 0; adcs = 1; adclk = 0; adcs = 0; for( i = 0; i < 10; i ++) { if(addata==1) Temp=Temp*2 + 1; 否 否 否 2 1 0 是 是 是 开始 温度采集 检测按键K1 是否为0 恒流源放大 单片机计算 出数字电压 值 显示最高温 度门限值 检测按键K1 是否为0 是否为0 检测按键K2 是否为0 检测flag 的值是0,1 还是2 设置门限 温度值+1 显示数字电压 值、温度 设置门限 温度值-1 显示最低温 度门限值 AD转换 判断温度是否 达到门限值 蜂鸣器响 是 第 10 页 共 16 页 else Temp=Temp*2; adclk = 1; adclk = 0; } adcs = 1; return Temp; } 4.2计算函数 通过公式由数字电压值计算出铂电阻电阻值、温度值。 unsigned long dianzu() { unsigned long r,V; V=(value*Vref*100)/1024; //10000倍AD输出的电压值 V=V/10; //真实值的10000倍 r=(V*2000)/VR; //扩大100倍的电阻值 return r; } unsigned long wendu() { uchar i; unsigned long da ,xiao ,t; for(i=0;i<50;i++) { xiao=Pt100_R[i]; da =Pt100_R[i+1]; if(R>=xiao && Rread_addr(2)) beep=1; else beep=0; } 延时函数 void delay(uint z) { unsigned int x,y; for(x=z;x--;x>0) for(y=110;y--;y>0); } 4.7主函数 void main() { init_1602(); beep=0; while(1) { value=quyang(); R=dianzu(); T=wendu(); if(K1==0) { delay(10); if(K1==0) { flagK1++; if(flagK1>=3) flagK1=0; while(!K1); } } if(K2==0) { delay(10); if(K2==0) { add(); while(!K2); } } if(K3==0) 第 14 页 共 16 页 { delay(5); if(K3==0) { sub(); while(!K3); } } switch(flagK1) { case 0: display_R(); break; case 1: display_set(); break; case 2: display_set(); break; } beeper();; } } 5系统测试与误差分析 5.1测试环境 时间 2011年11月6日 温度 20C0 5.2测试仪器 1 多功能数字万用表 2 简易温度测量装置 3 单片机开发板 4 温度计 5.3测试方法 用铂电阻测电阻周围的温度 铂电阻测得的温度值显示在1602屏幕上 定 量改变铂电阻周围的温度值 统计出铂电阻测出的温度数据 将显示各数值同温 度计上的数值进行比较 计算出各数值的误差值。 检测当温度达到门限值时该装置会不会及时报警。 第 15 页 共 16 页 5.4测试结果和分析 1 温度计温度和铂电测量温度测试结果如下表 表2 测试结果 测量次数 理论值 温度计 测量值 误差值 误差率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 5.5误差产生原因分析 1 采样电阻精度误差。 2 A/D转换电路转换误差和量化误差。 3 整个硬件部分由手工焊接完成 布线是无法避免线路之间的干扰 硬件输 出的电压、电流误差较大 是造成误差较大的主要因素。 4 Pt100热电阻分度表本身存在非线性误差 虽然经过线性插值后误差减小 了 但还是会造成不能避免的误差。 5 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 在本次此课题中 我们仔细的分析了 电路图的排版结构 尽量使排版合理 减少 导线的使用 缩小了电路的规模 也使电路内部的干扰和串扰大大降低 使硬件 的调试难度也降低很多。 但是在整个系统的设计上我们还是遇到了很多困难和不解。最终 经过多日 的努力 我们大致上完成了题目要求 但是由于硬件系统上的缺陷 导致我们不 第 16 页 共 16 页 能更精确地完成测量。软件上 基本实现了每一部分的函数分块 条理上还算比 较清晰。在这短短的几日中 我们得到了很大的锻炼 这一次虽然我们没有完美 的完成这一课题 但是这也提醒了我们 凡事没有这么简单 我们还有很大的进 步空间 希望下一次我们设计并实现更加人性化、智能化的作品。 参考文献 [1] 高吉祥.电子仪器仪表设计.北京 北京电子工业出版社 2007.6. 题目: 简易温度测量装置 1. 采样电路 pt100 2. 稳压、恒定电流电路 恒流源 3. 放大、AD转换电路 TLC1549 4. 数据存储电路(EEPTOM 24C02) 5. 主芯片电路(51) 6. 按键、显示电路、报警电路(1602 蜂鸣器 ) 设计报告、原理图、理论分析、方案选定