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1、精品资料，欢迎大家下载！智能仪器原理及应用题目一：智能温度检测仪学生姓名专业学号同组同学指导教师学院二.一六年十一月九号2021-2021学年第一学期成绩:、设计要求1.1、题目任务要求选用温度传感器PT100,恒流源电路、放大电路、A/D转换电路和数码管,采用MCS-51系列单片机实现温度信号de采集、处理和显示.1.2、设计具体功能要求1、三线制PT100及恒流源驱动电路设计；2、放大和比拟电路设计,实现-10C+10OC转换为0+5V电压输出；3、ADCE片de选取及和单片机接口设计；4、多位数码管动态显示设计；5、编写数据处理程序和标度变换程序.二、设计题目介绍及分析温度是自然界中和人
2、类打交道最多de物理参数之一,无论是在生产实验场所,还是在居住休闲场所,温度de采集或控制都十分频繁和重要,而且,网络化远程采集温度并报警是现代科技开展de一个必然趋势.由于温度不管是从物理量本身还是在实际人们de生活中都有着密切de关系,所以温传感器就会相应产生.传感器主要用于测量和控制系统,它de性能好坏直接影响系统de性能.温度传感器从使用de角度大致可分为接触式和非接触式两大类,前者是让温度传感器直接与待测物体接触,而后者是使温度传感器与待测物体离开一定de距离,检测从待测物体放射出de红外线,到达测温de目de.由于PT100热电阻de温度与阻值变化关系,人们便利用它de这一特性,创
3、造并生产了PT100热电阻温度传感器.它是集温度湿度采集于一体de智能传感器.温度de采集范围可以在-200C+200C,湿度采集范围是0吮100%pt100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送de标准化输出信号de仪表.主要用于工业过程温度参数de测量和控制.带传感器de变送器通常由两局部组成：传感器和信号转换器.传感器主要是热电偶或热电阻；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化de,因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器,有些变送器增加了显示单元,有些还具有现场总线功能.此次我们利用MCS-51系列单片机结合温度传感器技术设计这一智能温度
4、检测仪.实现-10C+10OC温度范围内de温度检测.三、设计方案论证智能温度检测仪de设计,包括硬件和软件de设计.具体包括：三线制PT100及包流源驱动电路设计、放大和比拟电路设计,实现-10C+10OC转换为0+5V电压输出、ADCE片de选取及和单片机接口设计、多位数码管动态显示设计、编写驱动程序、编写数据处理程序和标度变换程序.在本设计中,是以电阻PT100作为温度传感器,采用包流测温de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de采集.本设计系统主要包括温度信号采集单元、单片机数据处理单元、温度显示单元.系统de总结构框图如图3-1所示.图3-1系统总结构框图四
5、、具体硬件设计说明4.1三线制PT100及恒流源驱动电路设计对丁热电阻de测量电路我们采用三线式de测量电路等,三线制PT100中,电阻一端是一根连线,另外两端接2跟连线,三根线de电阻值相等.在桥式电路中引用了包流源,如图4-1所示.图4-1三线制PT100及包流源驱动电路图4-1中,差分电压只与PT100de阻值有关,所以,只需通过减法电路,得到V1和V2de差值,再通过放大电路,就可以输入到A/D转换器中.4.2放大电路和比拟电路设计图4-2差分放大电路此放大电路可以实现-10C-100C转化为0-5vde电压输出,如图4-2所示,采用de为差分放大电路.4.3ADC芯片de选取及和单片
6、机接口设计PT100温度传感器是一种以钳(Pt)做成de电阻式温度传感器,届丁正电阻系数,由丁它de电阻一温度关系de线性度非常好,如图4-3所示,看起来非常接近丁直线.因此在测量较小范围内其电阻和温度变化de关系式如下：R=Ro(1+oT)其中0=0.00392,Ro为100Q(在0Cde电阻值),T为华氏温度.但是对丁此次设计,这个精度显然不够.乂找到了以下关系表达式子.其电阻阻值与温度de关系可以近似用下式表示:在0100C范围内：4D0/1颇/4D0300/颂/十*JD100200300Rpt2)-no/-200-图4-3PT100电阻-温度变化图Rt=Ro(1+At+Bt2)在-10
7、0C范围内：Rt=Ro(1+At+Bt2+C(t-100)t3)式中A、8C为常数,A=3.96847X10A-3;B=-5.847刈0A-7;C=-4.22X0A-12;所以这次设计de最高电阻值约为RR0(1+At+Bt2)=100(1+3.96847X10A-3*100+-5.847X10A-7*100*100)q139.1Q最低电阻值约为Rl=R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3)=100(1+3.96847X0A-3*-10+-5.847X0A-7*-10*-10+-4.22刈0A-12)Q96.03Q约跨度R-Rl=43.07Q其中跨温度110C,采样精度1也就意味着差不多
8、110个采样点,每个采样点平均分摊0.392Qde电阻.通过查阅PT100de使用说明得知,PT100de工作电流理应不超过1mA所以两端电压值de变化量需要被检测出来de最大分辨率应该是：1mA*0.392Q=0.392mVPT100两端de电压值de取值范围大概为0.096V0.139V110个采样点需要7位二进制来表示,所以AD转换器需要分辨率7位以上,这里采用8位deADC0809K片：ADC080丸带有8位A/D转换器、8关多路开关以及与微处理机兼容de控制逻辑deCMO织件.它是逐次逼近式A/D转换器,可以和单片机直接接口11.(1) ADC0809勺内部逻辑结构由图2-9可知,A
9、DC080叶一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成.多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用A/D转换器进行转换.三态输出锁器用丁锁存A/D转换完de数字量,当.制为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完de数据.引脚说明IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ABCALESTCLKEOC图4-4ADC0809de内部逻辑结构邛rns2-2IEIEt一工七一ALiuuyuyr-iL导CMADD-1ADErSJt-rK1obbo白dew外暗和引脚b共极第构r共阳极结梅图4-8LED数码管LED数码管显示电路在单片机应用系统中可
10、分为静态显示方式和动态显示方式.本设计选动态扫描方式de六位七段LED显示器.其接口电路如图4-9所示,接口芯片采用8155,其中PA口用丁输出段码,PB口用丁输出位选码,其地址分别为FD01研日FD02H15V图4-9LED数码管显示电路五、软件设计说明本设计采用C51高级语言编写,由于其提供了库函数包含许多标准子程序,具有较强de数据处理水平,关键字及控制转移方式更接近人de思维方式,且本身并不依赖丁机器硬件系统,移植方便.5.1各局部程序流程图主程序流程图：主要实现系统de初始化,信号放大,A/D转换,显示数据.主程序流程图如图5-1所示.图5-1主程序流程图温度转换程序流程如图5-2所
11、示,图5-2温度转换程序流程图显示流程图如图5-3所示,图5-3显小子程序六、测试及调试整个温度检测系统由测控电路、放大电路,数模转换电路以及显示局部构成,其中显示局部用de是单片机板,所以电路de设计主要是测控、信号放大、数模转换de局部.把测控电路和放大电路连接起来组合调试.把测控电路de可调电阻调整为100Q,那么两桥臂de阻值相等,输出de电压都是2.5V,压差为0,那么ADC0809勺输出也为0.调节测控局部de可调电阻、ADC0809勺两个可调电阻,仪用放大器de输出都会呈线性变化,如果出现这样de现象,那么说明电路是正确de.在实际de焊接过程中,并没有这么顺利.桥式电路de输出电压是正确de,可是电路连入放大局部de时候,不管怎样调节电阻,输出都是呈饱和状态,不管接入参考电压与否.这个问题到最后也没查出原因,只好把这两局部电路重新焊接了一遍.焊接后de电路,现象正确.把AD623
