电子竞赛——温度传感器控制论述.doc

摘 要 本作品主要做了一个以51单片机、pt100传感器、威尔逊1mA恒流电流源、差分放大器、pwm驱动电路的温度测量与控制，并能实现温度的测量与显示。 首先我们做了硬件部分：威尔逊1mA恒流电流源、差分放大器，并能稳定的输出0.98mA的电流；pt100经过差分放大器放大后输出3.85v的电压。 其次我们做了软件部分：用51单片机AD采样模块采样pt100经过放大的电压，根据pt100的特性计算出温度值并用数码管显示；用51单片机发出pwm脉冲控制驱动电路使得陶瓷电阻根据需求发热。 关键字：51单片机 威尔逊电流 差分放大器 pwm驱动电路 1.设计方案 1.1系统框图 1.2控制方框图 2.方案论证 2.1主控部分 方案一：MSP430单片机。MSP430是16位的、低功耗、集成度较高，标准的51单片机没有这些功能，但工作电压偏低，1.8V-3.6V，对于很多5V的系统来说接口电路颇为麻烦。 方案二：AVR单片机。AVR速度快，功能强大，种类多，视乎都是优点。不过，就指令系统而言，不如51精简，位操作不如51方便。 方案三：51单片机。系列单片机是八位单片机，具有价格低廉、程序编写简、功能强大具有AD模块操作简单等特点。 综上分析选择方案三。 2.2显示部分 方案一：lcd显示屏。省电，不产生高温。但配套的lcd显示不清楚。 方案二：数码管显示。优点：亮度高，显示大，驱动部份的软件简单。缺点功耗大一点。 综上分析选择方案二。 2.3恒流源部分 方案一：镜像电流源。优点结构简单，可以提供毫安级的电流，但在测试中电流随负载的变化而变化。 方案二：威尔逊电流源。优点输出时电阻无穷大，电流不随负载变化而变化。 综上分析选择方案二。 2.4放大器部分 方案一：同相放大器。能输出高阻抗，除了差模放大器有较大的共模电压，但抗干扰能力差。 方案二：差模放大器。抗干扰能力好，能将pt100的微小的阻值变化放大为电压变化。 综上分析选择方案二。 2.5驱动电路部分 方案一： 一旦运行20欧的陶瓷电阻就会烧短。 方案二： 此方案简单易操作，通过控制pwm的脉冲控制三极管的导通实现对电阻加热的控制。 综上分析选择方案二。 3硬件电路和软件设计 3.1总体硬件电路 3.2软件设计 3.2.1系统程序流程图 将系统程序烧入单片机，完成一系列的初始化，如定时器、IO接口等，用数码管显示传感器温度，如果没达到45°则继续持续升温，否则保持45°恒温不变一分钟，再快速 升温至60°，如果没达到则继续加大驱动电路的输出占空比，否则保持恒温60°不变两分钟，最后利用独立按键指定传感器温度，并保持该温度不变。 3.2.2读取电压值程序 利用AD读取传感器电压放大后的电压值，根据传感器电压和温度的关系Uo=0.255+T/1000即可得到温度传感器的当前温度，用数码管显示传感器的当前温度值，对温度值进行判断，如果没有达到45°，则给驱动电路一个控制信号，间接给传感器升温，否则保持该温度一分钟不变，在程序中利用延迟与加热的方式进行动态保持温度不变；一分钟过后，加大驱动电路（PWM）输出的占空比，使传感器的温度快速达到60°，同理，如果达到60°，则保持该温度两分钟不变（要求至少一分钟）。程序能实现升温中、保持45°一分钟、保持60°两分钟三个阶段。 3.3.3按键指定温度值程序 实验要求指定温度值范围在45°到65°之间，程序中利用八个独立按键输入两位数，按键K1~K8分别对应数字0~7，该程序能够随意键入两个值并在数码管上显示所键入值。 3.3.4读取程序与案件程序的结合出现的问题 为了能够整体实现读取温度同时能修改温度，让传感器的温度能够保持在指定的温度值上，将电位器读取到的电压值程序与独立按键程序相结合，利用count2计K1~K7键人已被按下的次数，count3计K8键被按下的次数，在八个独立按键中K8将作为“开始”（第一次按下）和“确定”（第二次按下）键，其余七个按键作为指定传感器温度所用到的赋值键，在while(1)循环语句中首先扫描按键是否按下，接着是判断按下的键是哪一个键，如果是K7键同时K7键按下的次数是第一次，则开始运行获取传感器电压放大后的值的程序，再将所获得的电压值进行缩小到传感器的实际没放大的电压值，最后利用传感器的电压与温度的关系式，得出温度值，利用数码管显示当前温度值。保持传感器60°不变两分钟后，突然设置传感器的指定温度值，则需中断读取电压值程序，转而实行按键程序，如果count2==2 count3==2，则根据当前传感器温度与指定温度进行比较，如果指定温度高于当前传感器的温度，则对传感器