基于PT10测温系统设计——毕业设计.docVIP

摘要 本设计是基于单片机的温度测量系统，具体采用了AT89S51单片机作为核心器件，PT100作为温度传感器，采用TLC2543来实现模拟信号到数字信号的转变，用四位共阳LED数码管作为显示器。根据该温度传感的特性，将温度的变化转换为电压变化，然后结合理论计算，设计调理电路，将输出的模拟信号进行A/D转换，在将数字信号传送到单片机进行处理，并把最终数值通过数码管显示，整个过程中使用protues软件进行仿真来进行调试，并检验设计成果。 关键字：AT89S51单片机 TLC2543 PT100 调理电路 1 方案设计 1.1 设计要求 ① 设计一个测温系统，要求测温范围200～500℃， 分辨率为1℃； ② 画出系统结构框图， 说明各电路的作用，系统实现的功能； ③ 选择一种合适的温度传感器， 说明选择理由； ④ 说明该温度传感器的工作原理，推导输入输出关系式； ⑤ 设计模拟信号调理电路，推导温度输入和调理电路输出的表达式； ⑥ 选择A/D转换器，计算放大器的放大倍数； ⑦ 设计人机接口电路，（参数如何设置？ 数据如何显示？）； ⑧ 绘制基于单片机的温度测量系统的硬件电路图； ⑨ 所采用测量数据的基本处理算法的流程图以及程序设计； ⑩ 证明所设计的系统能够达到测温范围和分辨率的要求。 1.2 系统框图及原理 图1 系统的总结构框图常用的热电偶从-50~+1600均可续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。200℃～0℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠。半导体热敏电阻测温范围只有-50℃～0℃左右, 且互换性较差，非线性严重，但温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上）。故对于本次设计要求的来看，只能采用金属热电阻。 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化150℃以上的温度，宜采用铜电阻，其代表产品就是PT100。 PT100精度高，线性度较好，测温范围广，价格相对不高，是本次设计的首选温度传感器。 PT100温度传感器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数, 其电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示： 在0～650范围内： Rt =R0 (1+At+Bt2) 在-200～0范围内： Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t-100)t3) 式中A、B、C 为常数， A=3.96847×10-3； B=-5.847×10-7； C=-4.22×10-12； 由于它的电阻—温度关系的线性度非常好，因此在测量较小范围内其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT) 其中α=0.00392, Ro为100Ω(在0的电阻值),T为华氏温度，因此铂做成的电阻式温度传感器，又称为PT100。 PT100温度传感器的测量范围广： 200℃～0℃，偏差小，响应时间短，还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点，其得到了广泛的应用，本设计即采用PT100作为温度传感器。德州仪器公司生产的12位开关电容型逐次逼近模数转换器TLC2543，它具有三个控制输入端，采用简单的3线SPI串行接口可方便地与微机进行连接，是12位数据采集系统的最佳选择器件之一。TLC2543的主要性能为： ① 逐次逼近ADC,可选择工作于12位或8位； ② 转换后的数据有12位一次读出，８位、４位两次读出两种读出方式； ③ 具有可控三态输出缓冲器,TTL电平。 ④ 非线性误差：AD574AJ为±1LSB,AD574AK为±1/2LSB； ⑤ 转换时间:最大转换时间为25us(中档速度)； ⑥ 输入模拟信号:单极性时,范围为0V～＋10V和0V～＋20V,从不同引脚输入。双极性输入时,范围为0V～±5V和0V～±10V,从不同引脚输入。 1.3.3 显示器选型 鉴于本设计的只需要显示温度的大小，且需要显示的温度范围在200～500℃间，对精度的要求不太高，可以直接采用四位数码管显示，最后采用了7SEG-MPX2-CA四位共阳极LED数码显示器。 2 硬件电路的设计 2.1 信号测量电路 根据设计要求，首先需将温度传感器由温度信号转换为的电信号进行处理，使之能够稳定的映射到A/D转换器的功能。鉴于一般使用的都是利用电压信号，而PT100的感温原理是其电阻随温度的变化而变化，为此我们可以使一恒流源串联PT100，然后输出其两端的电压信号。之所以选择串联恒流源的方式，主要是考虑到这样来，输出电压和PT100的电阻值直接成正比关系，有很好的线性，而若采用电桥输出的话，输出电压和PT