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1、北京林业大学本科毕业论文(设计)基于恒流源的测温电路设计全套设计加扣3012250582 摘要 本文简要介绍了温度传感器测量温度的方法以及铂电阻Pt100的特性，在此基础上阐述了基于Pt100的温度测量系统设计。在本设计中，是以铂电阻Pt100作为温度传感器，采用恒流源测温的方法，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。本设计采用了四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，使测温精度在0100范围内达到0.1。本设计采用AT89S51单片机，ADC0801模数转换器，OP07运算放大器，铂电阻Pt100以及恒流源产生电路和4个数码管
2、组成系统，通过Keil C51软件编写了相应的软件程序,并在Protues软件上绘制电路原理图并仿真，使其实现温度的测量并显示。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。关键词：Pt100，温度测量，单片机IDesign of temperature measuring circuit based on constant current sourceAbstract This paper describes the method for measuring temperature based on temperature characteristics and c
3、haracteristic of a Pt100 platinum resistance sensors. it elaborated temperature measurement system design based on Pt100. In this design, we using a Pt100 platinum resistance temperature sensor, using a constant current source method,controlled by the microcontroller, collect temperature signal acqu
4、isition by amplifier, A / D converter.This design adopts four wire platinum resistance temperature measurement circuit, through the design of the circuit, reduces the measuring circuit and Pt100s own error, the temperature measurement accuracy within the range of 0 100 to + / - 0.1 .This design USES
5、 AT89S51, ADC0801 AD converter, OP07 amplifier, Pt100 platinum resistance and constant current source circuit and four digital compose system,the software program is written by Keil C51, and the schematic diagram of the circuit is drawn on the Protues, the realization of temperature measurement and
6、display. The characteristics of the system is: use of simple, measuring accuracy, stable and reliable, large measuring range, wide using field. Key words：Pt100，Temperature measurement ,microcontroller,目录1绪论4 1.1温度传感器的发展4 1.1.1模拟式温度传感器6 1.1.2数字式温度传感器6 1.1.3.逻辑输出温度传感器6 1.2温度传感器的应用方法7 1.2.1.接触式温度传感器7 1
7、.2.2.非接触式温度传感器72基于Pt100的温度计设计9 2.1Pt100铂热电阻9 2.2Pt100的接线方式10 2.3读取Pt100温度值的方法12 2.4系统功能定义及设计思路13 2.5系统硬件工作原理13 2.5.1单片机模块电路与A/D转换电路14 2.5.2温度测量电路15 2.5.3恒流源电路16 2.5.4放大电路与调理电路17 2.5.5温度显示电路17 2.5系统软件开发流程183电路仿真的设计与分析204结论215致谢22参考文献23附录A241绪论温度是表征物体冷热程度的物理量，在工业生产、生活应用和科学研究中是一个非常重要的参数1。在工业控制过程中需要对控制对
8、象进行温度监测，防止控制对象由于温度过高而损坏，因此温度的实时监测就显得更加重要。对温度的实时监测有利于对控制对象的及时检查、保护，并及时调整温度的高低。根据控制系统设计要求的不同，温度监测系统的设计也有所变化，有采用集成芯片的，也有采用恒流源器件和恒压源器件的。能够方便准确的测量物体的温度对于整个社会的发展具有很大价值。1.1温度传感器的发展随着科技的发展和“信息时代”的到来，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，随着传感器的应用领域越来越广泛，对传感器的要求也越来越高，需求也越来越迫切。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构
9、、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器原理的分析和了解，才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，从而适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器，其发展速度很快，应用范围非常广泛，并且还具有很大潜力。随着工业生产和科学研究的发展，人们对温度测量及控制的要求越来越高，具体表现在温度测量控制的精度、稳定性、可靠性等方面。特别是在高
10、性能、高精度的器件的生产、标准检测领域的应用、高要求的实验环境的建立等方面，都有高精度温度控制仪表的需求。高精度的温度控制仪表实现就必然离不开高质量的温度传感器的使用。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：a.传统的分立式温度传感器热电偶传感器热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-501600进行连续测量,特殊的热电偶如金铁镍铬，最低可测到-269，钨铼最高可达2800。b.模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80
11、年代问世的，它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等功能。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。目前，光纤测温技术主要有全辐射测温法、单辐射测温法、双波长测温法及多波长测温等。光纤技术的发展，为非接触式测温在生产中的应用提供了非常有利的条件。光纤测温技术解决了许多热电偶和常规红外测温仪无法解决的问题。而在高温领域，光纤测温技术越来越显示出强大的生命力。全辐射测温法是测量全波段的辐射能量而得到温度，周围背景的辐射、介质吸收率的变化和辐射率T的预测
12、都会给测量带来困难,因此难于实现较高的精度。单辐射测温法所选波段越窄越好，可是带宽过窄会使探测器接收的能量变得太小，从而影响其测量准确度。多波长辐射测温法是一种很精确的方法，但工艺比较复杂，且造价高，推广应用有一定困难。双波长测温法采用波长窄带比较技术，克服了上述方法的诸多不足，在非常恶劣的条件下，如有烟雾、灰尘、蒸汽和颗粒的环境中,目标表面发射率变化的条件下，仍可获得较高的精度。半导体吸收式光纤温度传感器是一种传光型光纤温度传感器。所谓传光型光纤温度传感器是指在光纤传感系统中，光纤仅作为光波的传输通路，而利用其它如光学式或机械式的敏感元件来感受被测温度的变化。这种类型主要使用数值孔径和芯径大
13、的阶跃型多模光纤。由于它利用光纤来传输信号，因此它也具有光纤传感器的电绝缘、抗电磁干扰和安全防爆等优点，适用于传统传感器所不能胜任的测量场所。在这类传感器中，半导体吸收式光纤温度传感器是研究得比较深入的一种。半导体吸收式光纤温度传感器由一个半导体吸收器、光纤、光发射器和包括光探测器的信号处理系统等组成。它体积小，灵敏度高，工作可靠，容易制作，而且没有杂散光损耗。因此应用于象高压电力装置中的温度测量等一些特别场合中，是十分有价值的。c.智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前，国际上已开发出多
14、种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平5。了解并掌握温度传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。温度传感器是一种利用敏感元件随着温度变化的特性，来实现对温度进行测量的装置。按照温度传感器的输出信号，可以分为模拟式温度传感器、数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器等。1.1.1模拟式温度传感
15、器热电偶、热电阻以及热敏电阻等是最早出现的模拟式温度传感器，这些类型的传感器的输出信号都是模拟量，如电压，电阻等。在进行温度测量的时候存在一定的非线性，在测量要求高的场合中，通常是需要进行冷端补偿或者引线补偿。同时，在测量温度时还存在着热惯性大、响应时间慢等的缺点。随着半导体技术的不断发展，出现了新型的集成模拟温度传感器。这类传感器将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路都集成在一片IC上，具有灵敏性好、线性度好、响应时间快、体积小以及使用方便等的优点。其中，典型的传感器有AD590、LM3911、TC1047A等。模拟传感器输出信号决定了其与微型处理器进行连接的时候，都需要进行A/D转换，因此，采用这类传感器设计的系统硬件电路较为复杂。1.1.2数字式温度传感器 这种类型的传感器可以直接将测量得到的温度值转换为数字信号量，所以可以方便的与单片机进行连接。根据温度值的表示形式数字式温度传感器可以分为数值表示、时间表示和频率表示三种形式。其中，数值表示的温度传感器有DS18B20等，时间表示的温度传感器有TMP03/04等，频率表示的温度传感器有MAX6577等。1.1.3逻辑输出温度传感器逻辑输出温度传感器常常用于设置有温度报警功能的系统中，这种传感器只有在
