基于PT100的温度测量系统设计-毕业.docx

开题信息摘 要根据要求设计一个基于STC12C5A60S2单片机处理,PT100为传感器的温度测量系统在本设计中，是以铂电阻PT100作为温度传感器，采用恒流测温的方法，通过单片机进行控制，以LM358作为信号放大，用ADC0832进行温度信号转换利用3位共阳数码管作为温度显示采用了两线制铂电阻温度测量电路，通过对电路的设计，减小了测量电路及PT100自身的误差，使温控精度在0℃～100℃范围内分辨率为1℃本设计简单实用，具有外围电路简洁，可靠性高等优点主要由电源电路，单片机复位电路，单片机晶振电路，，ADC0832转换电路，铂电阻PT100及3位共阳数码管组成系统，编写了相应的软件程序,使其实现温度的实时显示该系统的特点是：使用简便；测量精确、稳定、可靠；测量范围大；使用对象广目 录1 设计要求1.1任务要求 2 系统方案设计 2.1总系统方案 2.1.1电源系统2.1.2温度检测与处理 2.1.3模数转换2.1.4温度显示2.1.5信号放大部分2.2系统方案图 3 硬件设计3.1温度检测模块的设计 3.1.1PT100温度传感器简介 3.1.2温度检测及信号处理电路 3.2模数转换 3.2.1 ADC0809简介 3.2.2模数转换电路图 3.3 3位共阳数码管的显示电路的设计 3.3.1 LED数码管编码 3.3.2 LED数码管显示方式选择 4 软件设计4.1程序设计语言的选用 4.2软件程序的设计 4.2.1总体程序流程 4.2.2温度信号采集处理 15 系统调试 结 论 参考文献 附录A系统总电路图 附录B元件清单 附录C系统源程序 1 设计要求1.1任务要求单片机实现测量温度检测范围0~100 °C，分辨率1°C。

硬件要求；采用的温度传感器为PT100，单片机STC12C5A60S22 系统方案设计2.1总系统方案该设计由四部分组成：电源系统，温度检测与处理，模数转换，温度显示测温的模拟电路是把当前PT100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STC12C5A60S2，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，并将数据送出到数码管进行显示另外，以实现温度的实时监控包括温度信号采集单元，时间信号采集单元，单片机数据处理单元，温度显示单元其中温度信号的数据采集单元部分包括温度传感器、温度信号的获取电路（采样）、放大电路、A/D转换电路2.1.1电源系统电源为所有的电路供电，一个质量稳定的电源在系统中起到至关重要的作用按设计要求选择了一个5V直流电源作为系统供电2.1.2温度检测与处理根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件，主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，在低温下还有碳、锗和铑铁电阻温度计精密的铂电阻温度计是目前最精确的温度计，温度覆盖范围约为14～903K，其误差可低到万分之一摄氏度，它是能复现国际实用温标的基准温度计。

我国还用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标，用它作标准来检定水银温度计和其他类型的温度计分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用它的测量范围为-260℃至600℃左右2.1.3模数转换 模拟信号只有通过A/D转化为数字信号后才能用软件进行处理，这一切都是通过A/D转换器（ADC）来实现的与模数转换相对应的是数模转换，数模转换是模数转换的逆过程，接下来本文将主要介绍几种模数转换的方法以及模数转换器的参数等2.1.4温度显示 当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。

常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F图2.1 系统方案图2.1.5信号放大部分结合实际设计考虑，放大部分采用了LM358运放LM358是双运算放大器内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，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.特性内部频率补偿直流电压增益高(约100dB)单位增益频带宽(约1MHz)电源电压范围宽：单电源(3—30V)双电源(±1.5 一±15V)压摆率(0.3V/us)低功耗电流，适合于电池供电· 低输入偏流低输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽，包括接地差模输入电压范围宽，等于电源电压范围输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)图2.1 LM358示意图3 硬件设计 3.1温度检测模块的设计3.1.1PT100温度传感器简介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。

它的工作原理：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铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：-200因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT1001：Vo=2.55mA ×100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。

2：量测Vo时,不可分出任何电流,否则测量值会不准电路分析由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2V齐纳二极体的作用,使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+T/1006V齐纳二极体的作用如7.2V齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55V,因此电压追随器的输出电压V1亦为2.55V其后差动放大器之输出为Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果当前室温为25℃,则输出电压为2.5V3.1.2温度检测及信号处理电路 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的通常将其放在电桥的桥臂上，温度变化时，热电阻两端的电压信号被送到仪器放大器AD623的输入端，经过仪器放大器放大后的电压输出送给A/D转换芯片，从而把热电阻的阻值转换成数字量ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。

由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择温度检测电路图如3-1所示3.2模数转换3.2.1 ADC0832简介特点· 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；· 5V电源供电时输入电压在0~5V之间；· 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；· 一般功耗仅为15mW；· 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；· 商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为−40°C to +85°C；芯片接口说明：· CS_片选使能，低电平芯片使能· CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用· CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用· GND 芯片参考0 电位（地）· DI 数据信号输入，选择通道控制。

· DO 数据信号输出，转换数据输出· CLK 芯片时钟输入· Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用） ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择ADC0832引脚如图3.2所示3.2.2模数转换电路图图3.4 模拟转换原理图3.3 LED显示电路的设计在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行3.3.1 LED数码管编码LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件图3.5(a)所示为0.5英尺LED数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应a～g笔段构成“”字形另一只发光二极管dp作为小数点因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。

图3.5 led数码管 数码管按电路中的连接方式可以分为共阴极和共阳极两大类，如图3.5（b）所示。