温度变送器设计报告-(原始).docx

精选优质文档-----倾情为你奉上温度变送器设计与总结报告摘要： 本文的温度变送器是基于SOC系列单片机C8051F350的温度测量装置利用温度传感器（采用Pt100），将温度转化成电信号，经过放大，A/D转换，MCU线性化处理，D/A转换，V/I变换，最后将温度测量值转换成4~20mA的电流输出温度传感器转化的电信号，经放大以及A/D转换送到C8051F350单片机中，通过单片机处理与误差校正将测得电阻值在LED数码管中显示关键词：Pt100 C8051F350 LED数码显示管 V/I转换一、方案的设计与论证方案一：单片机选用C8051F360，其内部集成有10位的ADC，，分辨率较低，导致结果的精度不高 方案二：单片机选用C8051F350，它内部是24位的ADC，分辨率较高，能够使结果的精度满足题目的要求故采用此方案温度变送器的主体设计方案如图1图1 温度变送器的设计框图二、理论分析与参数计算1．温度传感器部分： 温度传感器采用Pt100(如图1用Rt表示)VREF 提供+5V的电压，通过R1，Rt，R2，R3构成的桥式电阻网络将温度转换成电信号，然后得到差分输入电压V=V1-V2。

此题中通过改变Rt的阻值来代表不同的温度值桥式电阻网络如图1.1所示单片机采集的数据经过系统校准后，假定AD输出的数字量为ADCData，温度传感器等效电阻为RTDAT，基准电压源为VREF依据此电桥输出电压V1，RTDAT的计算关系如下：① ②图1.1 桥式电阻网络2． 放大电路部分、A/D 转换器：C8051F360有一个全差分24位的Sigma-Delta模/数转换器（ADC），该ADC具有在片校准功能，两个独立的抽取滤波器可被编程到1KHz的采样率可以使用内部的电压基准，也可以用差分外部基准进行比率测量ADC0 中包含一个可编程增益放大器，有8种增益设置，最大增益可达128倍模拟多路选择器将ADC的差分输 入与8个外部引脚及内部温度传感器相连可以使用内部输入缓冲器为直接连接的变送器提供高输入阻抗一个8位的偏移DAC允许修正较大的输入偏移电压可编程增益放大器 （PGA ）对ADC 输入进行放大，可设置的放大倍数为 1、2、4、8、16、 32、64 和 128PGA 增益设置由寄存器ADC0CN中的AD0GN 位控制通过程序的设定能够实现不同倍数的增益放大通过将寄存器ADC0MD中的AD0EN 位被置 ‘1’来使能ADC0 。

其他的可以通过对不同的寄存器进行赋值来进行配置3．MCU、D/A转换器、LED数码管显示部分： 将采集的数据通过MCU的线性处理能够送进LED数码显示管显示，在LED数码管中显示的是电阻的值线性化处理后的结果通过D/A转换送到V/I变换电路，以测量电流值4．V/I变换电路：参数的计算：三、硬件电路的设计V/I变换电路由运算放大器TL082，三极管，以及若干电阻和电容组成其中TL082B构成电压跟随器,此电路的原理图如图3所示图3 V/I转换电路原理图四、软件设计主程序实际上就是C8051F350的初始化，电阻值得转化，与LED数码管的显示通过调用中断服务程序，来实现A/D转化主程序的流程图如图2所示图2 主程序的流程图A/D中断服务程序流程图五、系统的测试结果与误差分析1． 测试仪器：（1）ESCORT 3136A数字式万用表（2）LPS-305 数控式直流稳压电源2．测试的数据：（1）实际的测量值如表1（2）通过MATLAB进行误差分析，得到图2.1所示的图形电阻Ω176.1168.3164.9156.2146.2139.7129.2122.7115.8108.4100.0电流mA20.3018.6017.7215.8713.7212.3010.098.727.325.764.05温度°C201180170147121103765941220表1 实际的测量值图2.1 误差分析图（3）误差的分析：DAC7512需要提供偏置电压VDD，由于VDD是单片机的内部电压源提供，不是恒压的，可能不稳定，在测量的过程中产生跳变，导致测试的结果产生误差。

3．V/I变换电路的测试与分析V/I部分的实际测量的值如表1所示电压VDAC（V）00.511.522.533.54电流I0（mA）02.514.977.509.9712.5015.0417.6020.2表1 V/I变换电路的实际测量值通过对表1的电流值进行分析可以得出：由于导线也存在电阻，导致测试的结果与理论值有偏差另外一个方面，电阻存在精度误差，一般的碳膜电阻精度为5%六、总结本文的温度变送器主要是由温度传感器（采用Pt100），C8051F350，以及V/I变换电路组成重点是对单片机的初始化与数据的线性化处理通过MATLAB的线性拟合，对程序的设计能够起到事半功倍的效果作为一简易的温度变送器能够达到题目的基本要求，并且在此基础上能够提高测量精度，减小测量误差参考文献[1] C8051F350混合信号ISP FLASH微控制器数据手册 沈阳航空工业学院 潘琢金 2005 [2] 数字式温度变送器的设计与数字补偿 北京生物化工学院 杭和平 北京 [3] 电子系统设计与实践 清华大学出版社 贾立新 2011附录：V/I变换电路的Multisim仿真结果如图4.1 和4.2所示图4.1 当VDAC为0V时电流的输出值图4.2 当VDAC为4V时电流的输出值专心---专注---专业。