《智能仪器》课程设计说明书-基于Pt100的温度检测仪器设计.docVIP

前言 2 第一章 智能温度测量仪表方案设计与论证 3 1.1 功能与要求 3 1.2 方案的论证与比较 4 1.3方案的确定 5 1.3.1 数据采集通道的理论计算 5 1.3.2 温度值粗测理论推导 6 1.3.3 根据T1确定差分部分的理论推导 7 第二章 智能温度测量仪表的硬件设计 7 2.1 系统硬件框图 7 2.2系统的输入通道设计 8 2.3单片机最小系统 8 2.4人机接口电路 9 2.5 串口电路 9 2.6 执行电路 10 第三章 软件设计 10 3.1下位机软件的设计 10 3.1.1 下位机主程序设计 11 3.1.2 CH451中断子程序设计 11 3.1.3 数字滤波函数和ADC0809读函数设计 12 3.1.4 快速测量温度粗值函数设计 13 3.2 上位机软件设计 13 第四章 智能温度测量系统的安装与调试 14 4.1 硬件调试 14 4.2 软件调试 15 4.3 整机调试过程 15 第五章 设计体会与小结 16 参考文献 17 附录 18 前言 随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术, 本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的测温系统，描述了利用温度传感器PT100测温系统的过程，对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了分析，对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现温度采集和显示，灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。 第一章 智能温度测量仪表方案设计与论证 1.1 功能与要求 功能 基于单片机的温度测控系统分为上位机和下位机两部分。其中上位机应可通过虚拟仪器的前置面板界面显示温度数据，若温度超过设定温度，在显示屏上进行报警提示。而下位机则是可以利用单片机对温度传感器采集到的温度数据及时采样，并在数码管上显示，用矩阵键盘来控制和设定温度值，并将采集到的温度数据通过串口传到上位PC机。 要求： ①.学生自行设计硬件电路并焊接电路板 ②.编写上位机虚拟仪器和下位机程序 ③.实现温度测控并进行系统功能测试 1.2 方案的论证与比较 方案一： 通过运放构成1毫安恒流源，将Pt100加在恒流源上，其输出接入仪用放大器，然后经A/D转换，将数据送入单片机。 图1 方案1的系统方框图 本方案的优点是有较大的较稳定的电压输出，输出电压的范围相对较大且线性度好 但缺点是每次输出的电压中有无用电压，且在温度小于300℃时，其无用电压约占50%，从而导致放大倍数不高，测量精度偏低。 方案二： 利用1K的电阻与PT100构成电桥采集电路，将采集信号经过仪用放大器放大后在由固定的差分放大电路进行二级放大，然后将放大信号经过A/D转换，最后传给单片机。 图2 方案二的系统框图 本方案的优点是有较大的电压输出范围，温度低于100度时，测量精度可达到1度。 但缺点是温度较高时，线性度不好，测量精度达不到1度，且不能自动换挡。 方案三： 由PT100和10K电阻组成电桥采集电路，将采集信号传送给仪用放大器放大，然后将放大的信号经过差分电路进行二级放大，由于放大倍数的因素需对二级放大加入补偿，然后进行A/D转换，最后将数字量传送给单片机。 在软件上，通过改变仪用放大器的倍数，从而实现自动换挡，即可以测量较大范围内的电信号。当初步测量出被测信号后，就可也综合考虑，选择出合适的仪用放大器的放大倍数和差分电路所需的DA输出电压。这样就可以实现精确测量。 本方案的优点是有较好的线性电压输出，可自动选择量程，有较高的测量精度，测量范围较大。但缺点是抗干扰能力相对较弱，需要加必要的抗干扰设计，否则干扰太强同样达不到设计要求的精度。 1.3方案的确定 综合比较以上各种方案的性能后，决定采用方案三。 1.3.1 数据采集通道的理论计算 Ｐｔ１００温度传感器：Ｔ为温度，为比例系数，Ａ为常系数（在精确测量时，和Ａ的值会根据分段情况有所变化），为电阻变化值。 Ｔ＝＋Ａ （1） 电桥输入输出关系：为电桥输出电压，为电桥输入电压，Ｂ为由于电桥不平衡而出现的常偏差系数，Ｒ为10K欧姆电阻。 ＝＋Ｂ （2） 仪用放大器输入输出关系：比例系数，输出电压。 ＝ （3） 差分放大输入输出关系：比例系数，为DA输出电压，输出电压。 =(-)