智能仪器课程设计

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1、开封大学课程设计报告智能温度测量仪专业：应用电子技术班级：09应电（2）班学生姓名：张婷学号：2009061564指导教师：董卫军23摘要：本文主要介绍了智能温度测量仪的设计，包括硬件和软件的设计。先对该测量仪进行概括性介绍，然后介绍该测量仪在硬件设计上的主要器件：“Pt100热电阻”、AT89C51单片机和LCD显示器以及描述测量仪的总体结构原理。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，用放大器、A/D转换器进行温度信号的采集。总体来说，该设计是切实可行的。本设计系统包括温度传感器，信号放大电路，A/D转换模块，数据处

2、理与控制模块，温度显示五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度测量与显示，完成了课题所有要求。硬件设计PT100传感器特性和测温原理电阻式温度传感器(RTD,ResistanceTemperatureDetector)是指一种物质材料作成的电阻,它会随温度的改变而改变电阻值。PT100温度传感器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示：在0～600℃范围内：Rt=R0(1+At+Bt2)在-200～0℃范围内：Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3)式中A、B、C

3、为常数，A=3.96847×10-3；B=-5.847×10-7；C=-4.22×10-12；由于它的电阻—温度关系的线性度非常好，因此在测量较小范围内其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为华氏温度，因此铂做成的电阻式温度传感器，又称为PT100。PT100温度传感器的测量范围广：-200℃～+600℃，偏差小，响应时间短，还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点，其得到了广泛的应用，本设计即采用PT100作为温度传感器。23主要技术指标：1.测温范围：-200～600摄氏度；2.测温精度

4、：0.5摄氏度；3.稳定性：0.5摄氏度Pt100是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，然后再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。采用Pt100测量温度一般有两种方法：1、设计一个恒流源通过Pt100热电阻，通过检测Pt100上电压的变化来换算出温度；测温原理：通过运放U1A将基准电压4.096V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

5、放的两个输入端同电位”，运放U1A的“+”端和“-”端电位V+＝V-＝4.096V；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1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。设计及调试注意点：1.等效恒流源输出的电流不能太大，以不超过1mA为准，以免电流大使得Pt100电阻自身发热造成测量温度不准确，试验证明，电流大于1.5m

6、A将会有较明显的影响。2.运放采用单一5V供电，如果测量的温度波动比较大，将运放的供电改为±15V双电源供电会有较大改善。3.电阻R2、R3的电阻值取得足够大，以增大运放的U1B的输入阻抗。23图1恒流源式测温电路由于封装问题，实际原理图如下：方案二：采用惠斯顿电桥，电桥的四个电阻中三个是恒定的，另一个用Pt100热电阻，当Pt100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。测温原理：电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096V的参考电源；采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥（其中R1＝R2，VR2为100Ω精密电阻），当Pt100的

7、电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个mV级的压差信号，这个压差信号经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3＝R4、R5＝R6、放大倍数＝R5/R3，运放采用单一5V供电。设计及调试注意点：231.同幅度调整R1和R2的电阻值可以改变电桥输出的压差大小；2.改变R5/R3的比值即可改变电压信号的放大倍数，以便满足设计者对温度范围的要求3.放大电路必须接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作。4.VR2也可为电位器，调节电位器阻值大小可以改变温度的零点设定，例如Pt100的零点温度为0℃，即0