智能温度测量仪论文.doc

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1、智能温度测量仪的设计姓名：何静峰专业：电子信息工程班级：2011级电子信息工程学号：20114075158时间：2014年4月28日一.功能说明1.温度传感器温度传感器选用线性度较好的铂电阻PT100，将铂电阻接入电桥使用。铂电阻是将0.05～0.07ｍｍ的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷管等保护管内构成。它的电阻Rt与温度t的关系为：Rt=Ro(1+At+Bt2)，式中：Ro系温度为0℃时的电阻值。A＝3.9684×10－3／℃，B＝－5.847×10－7／℃。热响应时间是在阶跃温度作用下，热电阻的输出变化值相当于阶跃变化的50％时,所需的时间，用τ0.5来表示。下表列出了PT100铂

2、电阻的温度和阻值对应关系温度0123456789（℃）电阻值（Ω）－2092.0491.6491.2490.8490.4490.0489.6489.2488.8488.44－1098.0395.6395.2394.8394.4394.0393.6393.2492.8492.44－0100.0099.6099.2198.8198.4198.0197.6297.2296.8296.420100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.5710103.96104.36104.75105.15105.54105.94106.331

3、06.73107.12107.5220107.91108.31108.70109.10109.49109.88110.28110.67111.07111.4630111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.3940115.78116.17116.57116.96117.35117.74118.13118.52118.91119.3150119.70120.09120.48120.87121.26121.65122.04122.43122.82123.21表1二.系统总体设计1.设计方案论证根据铂电阻PT100的温度特性

4、，将铂电阻接入电桥电路，再把电桥电路输出的微弱的电压信号送到前置放大电路处理，由A/D转换器把模拟电压信号转换成数字信号，并送入单片机中。单片机接收到该测量数字信号后，调用存放在存储器中的程序对其进行各种智能化处理，如进行非线性补偿、平均滤波、各种进制的转换等，最后得出在允许误差范围内的测量温度值，并由4位LED显示器动态显示测得的温度值。根据原理，前端电路可以设计成一级放大、二级放大和三级放大。三、二级放大设计的方法可以将每一级的放大倍数设计成个位数，但是系统随着放大器个数的增加而不稳定。一级放大器设计方法输出稳定，设计简单，但是放大倍数比较大，可能导致放大饱和。最终通过搭电路试验确定，

5、采用一级放大系统比较稳定。2.方案的总体设计框图铂电阻温度测量电桥放大电路采样A/D转换电路单片机及外围电路LED显示电路三.硬件电路设计1.电源电路根据芯片资料，稳压管7805输入输出与地之间应当接0.33微法和0.11皮法的电容，但由于器件的限制，实际电路中直接用9V电池的正极作为稳压管7805的输入，电池负极接地，实测输出电压为5.01V，符合要求。实际的电源电路如图1所示。图12.晶振电路图2AT89C52等COMS型单片机内部有一个可控的反相器，引脚XTAL1,XTAL2为反相放大器的输入端和输出端，在XTAL1,XTAL2上外接晶振和电容便组成振荡器。设计时电容C1,C2选用2

6、7皮法。振荡器的频率主要取决于晶振的频率，设计选用的晶振频率为12MHz。晶振电路如图2所示。3.上电复位电路在RST引脚上输入2个机器周期以上的高电平，机器便进入复位状态，此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3输出高电平，RST上输入返回低电平以后，便退出复位状态开始工作。上电复位电路如图3所示。图34.前端信号测量电路Ub电桥电路如图4所示。其中R9、R10为1千欧的电阻。Rt1为PT100铂电阻温度传感器，传感器在100摄氏度时的理论接入阻值为92.16欧，实际电路的R3的接入阻值为90欧。RT即为铂电阻PT100，其电阻值随温度的变化而变化，具体见铂电阻分度表。电桥输出电压U

7、。的表达式如下：Uo=5/(Rpt/(1000+Rpt)-92/1092)此需要将电桥电路输出的电压通过差动放大电路放大到或接近5V。通过计算差动放大电路需要放大约30倍。经运放放大后输出电压Uo`的表达式如下：Uo`=150/(Rpt/(1000+Rpt)-92/1092)图45.总体电路及相关说明本设计是采用AT89C52单片机作为主控电路，其中P0口为A/D转换器的通信端口，P0口接数码管的段码，P2口接数码管的片