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1、大连民族学院机电信息工程学院自动化系检测技术课程设计报告 题 目：基于PT100的热电阻温度检测系统设计专 业：测控技术与仪器班 级：测控092班学生姓名：韦魏 刘宝琪指导教师：谢春利设计完成日期： 2012年 6月29日目 录1 设计任务11.1任务要求11.2任务内容12 系统方案设计22.1总系统方案22.1.1温度检测与处理22.1.2模数转换22.1.3温度显示22.2系统方案图23 硬件设计43.1温度检测模块的设计43.1.1PT100温度传感器简介43.1.2温度检测及信号处理电路43.2模数转换53.2.1 ADC0809简介53.2.2模数转换电路图63.3 LED显示电路
2、的设计73.3.1 LED数码管编码73.3.2 LED数码管显示方式选择84 软件设计94.1程序设计语言的选用94.2软件程序的设计94.2.1总体程序流程94.2.2温度信号采集处理105 系统调试12结 论14参考文献15附录A系统总电路图16附录B元件清单17附录C系统源程序18基于PT100的热电阻温度检测系统设计1 设计任务1.1任务要求给定温度传感器（热电阻、热敏电阻等）和单片机最小系统，学习使用单片机最小系统，设计温度测量电路和模拟量输入通道，完成相关的软件设计并实现温度测量显示。1.2任务内容通过传感器对温度进行检测，设计的检测电路将其转换成相应的电压值，又通过过程通道，A
3、/D模数转换器将传感器的电压值的模拟信号转换为数字信号，然后所转换的数字量接到单片机89C52的P0口，最后单片机对接入的数字信号做出反应，显示出温度值。2 系统方案设计2.1总系统方案该电阻温度检测系统由三部分组成：温度检测与处理，模数转换，温度显示。2.1.1温度检测与处理电阻式温度计是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。当被测介质中有温度阶梯存在时，所测得温度是感温元件所在范围介质中的平均温度。尽管导体或半导体材料的电阻值对温度的变化都有一定的依赖关系，但适用于制作温度检测元件的并不多。 由电阻温度传感器检测的信号不稳定，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外
4、，往往还有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，为了将测量信号从含有噪声的信号中分离出来我采用了仪用放大器AD623进行信号放大及低通滤波，将噪声去除。2.1.2模数转换A/D转换器的作用就是把模拟量转换成数字量，以便于单片机进行处理。电阻温度计将测量温度以电信号的形式传递给ADC0809（逐次比较型），将电压信号转换成单片机可接收的数字信号。2.1.3温度显示这部分模块由四位八段共阳极的数码管组成，段选部分直接与单片机相连。2.2系统方案图系统方案图如图1.1所示。热电阻传感器模数转换复位电路STC89C52显示电路图2.1 系统方案图3 硬件设计 3.1温度检测模块的设计3.1.1PT
5、100温度传感器简介 测量范围：-200+850； 允许偏差值： A级 ， B级 ； 响应时间30s； 最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm； 允通电流5mA。另外，PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。鉑热电阻的线性较好，在0100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。鉑热电阻阻值与温度关系为： -200t0时，； 0t850时，；式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见PT100在常温0100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：，当温度变化1，PT100
6、阻值近似变化0.39。3.1.2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。AD623是一款集成式单电源仪表放大器，采用3 V至12 V电源供电时提供轨到轨输出摆幅。它可以通过单一增益设置电阻进行编程，并遵照8引脚工业标准引脚排列配置，赋予用户出众的灵活性。不接外部电阻时，AD623采用单位增益配置(G = 1)；连接外部电阻时，AD623可通过编程实现最高增益100
7、0。AD623具有优异的交流共模抑制比(CMRR)，并且随着增益提高而增大，因此可确保误差极小。由于CMRR在最高200 Hz时仍然保持稳定，因此线路噪声和线路谐波均得到抑制。AD623具有宽输入共模范围，可以放大共模电压低于地电压150 mV的信号。虽然AD623设计针对单电源供电进行了优化，但采用双电源(2.5 V至6.0 V)供电时，AD623仍能提供出色的性能。温度检测电路图如3-1所示。图3.1 温度检测电路图3.2模数转换3.2.1 ADC0809简介本次设计模数转换部分用ADC0809。ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/
8、D转换器和一个三态输出锁存器组成（见图3）。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。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809的内部逻辑结构如图3.2所示。图3.2 ADC0809的内部逻辑结构ADC0809工作方式：（1）ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与AT89S51 单片机直接相连。（2）初始化时，使ST 和OE信号全为低电平。（3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。（4）在ST 端给出一个至少有100ns 宽的正脉冲信号。（5）是否转换完毕，我们根
9、据EOC 信号来判断。（6）当EOC变为高电平时，这时给OE 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。其引脚结构如图3.3所示图3.3 AD0809引脚图3.2.2模数转换电路图模拟转换原理图3.4所示。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ag笔段构成“”字形另
10、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LED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。共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，公共端COM接高电平，ag、dp各笔段通过限流电阻接控制端。某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光。控制这几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。3.3.2 LED数码管显示方式选择LED数码管显示电路在单片机应用系统中可分为静态显示方式和动态显示方
11、式。本设计选动态显示方式。LED数码管显示电路如图3.6所示。 图3.6 LED数码管显示电路4 软件设计4.1程序设计语言的选用本设计采用C51高级语言编写，因为其提供了库函数包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力，关键字及控制转移方式更接近人的思维方式，且 本身并不依赖于机器硬件系统，移植方便。4.2软件程序的设计4.2.1总体程序流程程序主要由主程序和子程序两部分构成。主程序主要实现系统的初始化， A/D转换，显示数据。系统的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆栈、中断寄存器等），通信的初始化（串口的初始化，ADC0809的初始化，通信缓冲区的初始化），LED显示的初始化，输出端
12、口的初始化，采集、累计数据的初始化。 显示数据包括数据转换（主要实现将各类参数、测量数据、计算累计值等转换成LED显示所需的数据类型）和显示屏的刷新子程序主要由温度信号采集程序组成。主程序流程图如图4.1所示。调用AD0809函数开始调用显示函数初始化图4.1主程序流程图 4.2.2温度信号采集处理单片机通过写信号使START有效，启动AD转换，AD转换结束后，ADC0809通过INT0向CPU发出转换结束信号，引起CPU中断，可在中断程序中读取AD转换的结果。分别对8路模拟信号轮流采集一次，转换结果依次存放在片外数据RAM中。AD转换子程序流程图如图4.2所示。读取数据子程序入口启动ADC0
13、809P1口数据送入adat变量标度变换数据处理图4.2 AD转换子程序流程图由ADC00809进行标度变换后，信号送给单片机显示，显示部分由一个四位数码管，单片机及其最小系统构成。四位数码管的显示原理都相同，因此列出其中一个的程序流程图即可：显示程序流程图如图4.3所示。子程序入口显示模除数据图4.3 显示程序流程图 5 系统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部分构成，其中显示部分用的是单片机学习板，所以电路的设计主要是测控、信号放大、数模转换的部分。1.测控电路为了消除线电阻，采用的是两线制接法的桥式电路。根据桥式电路原理，电路中的电阻应采用热电阻传感器在0时的
14、阻值，为100。为了能达到测试的目的，所以在桥式电路中应该接入传感器的位置，放入一个100的可调电阻，并使之与两个100的色环电阻串联。这样，可调的阻值范围可以从50到150，这个范围大于传感器在0到100的阻值，进而达到在调试过程中模拟传感器变化的目的。2.放大电路由桥式电路的两个桥臂分别接入AD623仪用放大器的两个输入引脚2和3,1脚和8脚接入可调电阻，为了调节放大倍数。7脚与VCC相连，4脚接GND，引脚5接入参考电压。接法是用一个可调电阻，电阻的中间管脚与引脚5相连，电阻的两端分别接VCC和GND。为了保护芯片，所以进入芯片的电流应该越小越好，换言之，可调电阻的阻值越大越好。我们使用的是一个10K可调电阻，使用的参考电压为3V，接入的阻值为2.5K，那么电流的大小是2mA，不会烧坏芯片。3.AD通道23、24、25脚接地，给低电平信号。信号由IN0输入。经数模转换，信号从D0D7送入单片机P1.0P1.7。4.调试把测控电路和放大电路连接起来组合调试。把测控电路
