课设铂电阻测温仪的设计与实现
PT100铂热电阻测温实验
PT100铂热电阻测温实验PT100铂热电阻测温实验一、实验目的1.了解PT100铂热电阻的测温原理；2.掌握PT100铂热电阻的测温方法；3.学会使用数据采集仪进行温度测量。
二、实验原理PT100铂热电阻是一种利用铂金电阻随温度变化的特性来测量温度的传感器。
其基本原理是：在0℃时，PT100铂热电阻的阻值为100Ω，随着温度的升高，其阻值按一定规律增加。
通过测量PT100铂热电阻的阻值，可以推算出相应的温度值。
PT100铂热电阻的阻值与温度之间的关系可以用斯特曼方程表示：R(T) = R0(1 + AT + BT^2 + CT^3(1 - T0))其中，R(T)为温度T时的阻值，R0为0℃时的阻值，A、B、C为斯特曼系数，T0为参考温度（通常为0℃）。
在本实验中，我们只需要知道R0和A的值即可进行温度测量。
根据国际电工委员会（IEC）标准，PT100铂热电阻的R0为100Ω，A 为3.9083×10^-3℃。
三、实验步骤1.将PT100铂热电阻接入数据采集仪的输入通道；2.打开数据采集仪软件，设置采样率和采样时间；3.将数据采集仪与计算机连接，启动数据采集软件；4.将PT100铂热电阻放入恒温槽中，设置恒温槽的温度；5.等待恒温槽温度稳定后，记录数据采集仪显示的温度值；6.重复步骤4和5，改变恒温槽的温度，记录多个温度值；7.将实验数据整理成表格，进行分析和处理。
四、实验结果与分析实验数据如下表所示：根据实验数据，我们可以得出以下结论：1.PT100铂热电阻的测温精度较高，相对误差在±0.5%以内；2.随着温度的升高，PT100铂热电阻的阻值逐渐增大，与斯特曼方程的描述相符；3.数据采集仪能够准确地采集PT100铂热电阻的温度信号，并将其转换为数字量输出。
五、实验总结与体会通过本次实验，我们了解了PT100铂热电阻的测温原理和方法，并掌握了使用数据采集仪进行温度测量的技能。
铂电阻测温仪的设计与实现
铂电阻测温仪的设计与实现摘要：介绍了铂电阻测温仪的硬件及软件设计，并针对不平衡电桥中以及铂电阻的阻值和温度之间的非线性给温度测量带来一定的误差这一缺点，给出一种查表线性化的方法，实现了电路参数的自适应选取，使得误差达到了0.5级仪表的要求。
关键词：铂电阻查表线性化测温仪参数自适应铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，由于其测量准确高、测量范围大、复现性和稳定性好等，被广泛用于中温（-200℃～650℃）范围的温度测量中。
但在这种检测电路中，不平衡电桥中以及铂电阻的阻值和温度之间的非线性特性给最后的温度测量带来了一定的误差。
早期通常采用硬件电路来减小这种误差。
但硬件法不但增加了电路的复杂性，而且由于包括传感器在内的各种硬件本身的缺陷和弱点，所以往往难以达到较高的指标要求。
因此，在系统的设计上引入与检测技术直接相关的数据处理算法，即软件算法来实现线性化处理的要求，可以有效地提高系统的精度，降低成本。
本测温仪通过采用查表线性化得出温度各点对应的A/D转换值，并且利用软件算法实现了电路中各参数的自适应调整选取，在尽可能提高分辨率的情况下使设计的电路在给定的温度范围内各点的分辨率近似相等，从而方便了硬件电路的设计和电阻的选取，也减小了铂电阻测温电路的非线性误差。
1 系统结构测温仪的系统硬件结构框图如图1所示。
考虑到功耗及整机的精度和价格等问题，测温仪的单片机控制器采用ENC的8位78K0系列单片机，并启用了看门狗功能，以提高测温义的抗干扰性能。
测温系统采用不平衡电桥测量铂电阻随温度变化的电压信号，经过放大、A/D转换后，送到单片机中进行处理和显示。
采集时显示最值温度，超过设定值则报警。
本测温仪通过USB接口与PC机连接，上位机负责设置采集开始时间、采集间隔时间等参数，并读取下位机数据，进行数据分析和处理。
2 系统硬件设计测温仪的测温电路采用典型的铂电阻电桥电路，如图2所示。
该测温仪的测温电路采用软件算法中的查表线性化方法，利用软件算法对电路参数进行自适应调整选取，在保证高分辨率的情况下，使得在给定的温度范围内各点的分辨率近似相等，误差可达到0.5级仪表的要求，提高了测温仪的整体性能。
铂电阻测温电路设计与仿真
铂电阻测温电路设计与仿真一、电路总体设计铂电阻测温电路主要由电源模块、信号放大模块、滤波模块、AD转换模块、微控制器模块和人机交互模块组成。
总体设计需要考虑各模块的接口和信号传输，确保电路的稳定性和可靠性。
二、电源模块设计电源模块为整个测温电路提供稳定的电源。
设计时需要考虑电源的稳定性、噪声和功耗。
常用的电源芯片有线性电源芯片和开关电源芯片。
线性电源芯片输出电压连续，但功耗较大；开关电源芯片功耗较小，但输出电压不连续。
根据实际需求选择合适的电源芯片。
三、信号放大模块信号放大模块的作用是将铂电阻的电阻值变化转化为电信号，并进行适当的放大。
常用的放大器有运算放大器和仪表放大器。
运算放大器具有高带宽、低噪声等特点，适用于信号放大；仪表放大器具有高精度、低噪声等特点，适用于弱信号放大。
根据实际需求选择合适的放大器。
四、滤波模块设计滤波模块的作用是滤除电路中的噪声和干扰，提高测温精度。
常用的滤波器有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。
设计滤波器时需要考虑通带和阻带的频率范围，以及通带和阻带的陡度。
根据实际需求选择合适的滤波器。
五、AD转换模块AD转换模块的作用是将模拟信号转换为数字信号，以便微控制器进行处理。
常用的AD转换芯片有ADC0809和AD7705等。
设计时需要考虑AD转换的精度和速度，以及与微控制器的接口。
六、微控制器模块微控制器模块是整个测温电路的控制核心，负责数据的处理和传输。
常用的微控制器有8051系列和PIC系列等。
设计时需要考虑微控制器的资源（如I/O口、中断等）和程序存储空间，以及与外围设备的接口。
七、人机交互模块人机交互模块的作用是实现电路与用户的交互，如显示温度值、按键控制等。
常用的显示芯片有LCD1602和OLED等，按键芯片有矩阵键盘等。
设计时需要考虑人机交互的便利性和美观性。
八、仿真软件选择与设置为了验证设计的正确性和可行性，需要进行电路仿真。
常用的电路仿真软件有Multisim和Proteus等。
铂电阻数字温度计课程设计.
铂电阻数字温度计课程设计报告学生学号:106034070学生姓名: 指导教师:专业班级:测控技术与仪器063班设计时间:2009年5月张利辉 潘文诚、设计任务与要求1•铂电阻线性电路的设计；2. 消除引线影响；3. ICL7107显示数控电路的应用；4. MATLAB和PROTEU仿真；5. 设计一个量程为0-300 C,分辨率为「C的铂电阻数字温度计;二、电路原理分析与方案设计利用铂电阻温度传感器、随温度变化信号的线性化技术、消除引线电阻的影响并使用ICL7107显示电路制作一个量程为0〜300C，分辨率为1C的铂电阻数字式温度计。
电路原理图如下:耳亍—__—4 - 1■- - ■?11为-- . I .J丄'•- .............................................. 0^—T■.J_1 A..■X :L—■I I ■■+LUCM1•…er ■--4胖一............................ 51- -Iff 三、单元电路分析与设计R1-Jud £4Jr1.铂电阻PT100温度传感器导体的电阻值随温度变化而变化，通过测量其电阻值推算出被测环境的温度，利用此原理构成的传感器就是热电阻温度传感器。
能够用于制作热电阻的金属材料必须具备以下特性：（1）电阻温度系数要尽可能大和稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系；（2）电阻率高，热容量小，反应速度快；（3）材料的复现性和工艺性好，价格低；（4）在测量范围内物理和化学性质稳定，目前, 在工业中应用最广的材料是铂和铜。
铂电阻与温度之间的关系，在 0〜630.74 C 范围内可用下式表示:F T =F 0(1+A*T+B*TA2)在-200〜0 C 的温度范围内为F T =F 0[(1+A*T+B*T^2+C*(T-100 C )卩3)]式中：F 0和F T 分别为在0C 和温度T 时铂电阻的电阻值，A B 、C 为温度系B=-5.80195e-7A-2,C=-4.27350e-12 C 八-4。
铂电阻温度测量系统设计
传感器及变送电路学年设计报告铂电阻温度测量系统设计姓名：班级：学号：2013年12月27日目录第1章总体方案与精度设计..................... 错误！未定义书签。
1.1 不同方案分析与比对...................... 错误！未定义书签。
1.2 传感器设计.............................. 错误！未定义书签。
第2章总体方案设计........................... 错误！未定义书签。
2.1 方案一.................................. 错误！未定义书签。
2.2 方案二.................................. 错误！未定义书签。
2.3 方案三.................................. 错误！未定义书签。
2.4 方案分析对比............................ 错误！未定义书签。
2.5 小结 (14)第3章具体设计与特性分析..................... 错误！未定义书签。
3.1 传感器设计.............................. 错误！未定义书签。
3.2 转换电路设计............................ 错误！未定义书签。
3.3 传感器总体分析.......................... 错误！未定义书签。
3.4 使用条件和误差补偿...................... 错误！未定义书签。
3.5 仿真实验................................ 错误！未定义书签。
3.6 小结 (18)总结.......................................... 错误！未定义书签。
参考文献...................................... 错误！未定义书签。
铂电阻温度测量系统设计
（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！）传感器及变送电路学年设计报告钳电阻温度测量系统设计姓名：张梁峰班级：测控12・42014年12月27日目录第1章总体方案与精度设计 (1)1・1不同方案分析与比对 (1)1.2传感器设计 (1)第2章总体方案设计 (3)2.1方案一 (3)2.2方案二 (3)2.3方案三 (3)2.4方案分析对比 (3)2.5小结 (3)第3章具体设计与特性分析 (4)3.1传感器设计 (4)3.2转换电路设计 (4)3.3传感器总体分析 (4)3.4使用条件和误差补偿 (4)3.5仿真实验 (4)3.6小结 (5)第1章总体方案与精度设计1.1不同方案分析与比对方案一：PtlOO电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电床或电流等模拟信号，再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。
采用惠斯顿电桥，电桥的四个电阻中三个是恒定的，另一个用PtlOO热电阻，当以78E51单•片机为处理器，采用恒流源为信号获取电路的测温方案，恒流源通过巩100热电阻，温度变化引起PtlOO电阻值的变化，从引起电压的变化，放大后经AD采用后，送由单片机处理，换算出相应温度。
为了达到高精度、宽星程的测温要求，选用的是AD转换芯片是12位串行AD芯片MAX1270o方案::钳电阻传感器是利用金属钳（巩）的电阻值随温度变化而变化的物理特性而制成的温度传感器。
以钳电阻作为测温元件进行温度测量的关键是要能准确地测量出钳电阻传感器的电阻值。
按照IEC751国际标准，现在常用的Ptl000（Ro=l 000 G）是以温度系数TCR=0・ 003 851为标准统一设计的钳电阻。
本温度测量系统采用三线制恒流源驱动法驱动钳电阻传感器。
三线制恒流源驱动法是指用硬件电路消除钳电阻传感器的固定电阻（零度电阻），直接测量传感器的电阻变化量。
图1为三线制恒流源驱动法高精度测量方案，参考电阻与传感器串联连接，川恒流源驱动，电路各元件将产生相应的电圧，传感器因温度变化部分电阻的电斥可以由后而的放大电路和A/D转换器直接测量，并采用2次电斥测量一交换驱动电流方向，在每个电流方向上各测量一次。
铂电阻测温课程设计
铂电阻测温课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解铂电阻的测温原理，掌握其温度与电阻之间的关系；2. 学生能掌握铂电阻测温电路的搭建方法，了解电路中各元件的作用；3. 学生能了解铂电阻测温技术在生产、生活中的应用。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，独立完成铂电阻测温电路的搭建；2. 学生能通过实验，正确读取并处理数据，提高实验操作能力；3. 学生能运用科学方法，对测温电路进行优化和改进。
情感态度价值观目标：1. 学生对物理实验产生兴趣，培养探索精神和动手能力；2. 学生认识到物理知识与实际生活的紧密联系，提高学习的积极性；3. 学生在团队合作中，学会相互沟通、协作，培养团队精神。
本课程针对九年级学生，结合物理学科特点，注重理论联系实际，提高学生的实践操作能力。
通过铂电阻测温课程的学习，使学生掌握基本的物理实验技能，培养科学思维，提升解决实际问题的能力。
同时，注重情感态度价值观的培养，激发学生的学习兴趣，提高其综合素质。
在教学过程中，教师需关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的实现。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 铂电阻测温原理：- 温度与电阻的关系；- 铂电阻的温度系数；- 铂电阻测温电路的基本构成。
2. 铂电阻测温电路的搭建与实验操作：- 电路元件的认识与选用；- 铂电阻测温电路的搭建方法；- 实验数据的读取与处理。
3. 铂电阻测温技术的应用与拓展：- 铂电阻在工业、医疗等领域的应用案例；- 铂电阻测温电路的优化与改进；- 新型测温技术的发展趋势。
教学内容依据课程目标，紧密联系教材相关章节，确保科学性和系统性。
具体教学安排如下：第一课时：介绍铂电阻测温原理，让学生了解温度与电阻的关系，认识铂电阻的温度系数。
第二课时：讲解铂电阻测温电路的搭建方法，指导学生进行电路元件的认识与选用。
第三课时：学生分组进行铂电阻测温电路的搭建，开展实验操作，学习数据的读取与处理。
PT铂热电阻温度检测仪初步设计方案
/technic_article/2009/0701/embed-1448.html无论在工业、农业、科学研究、国防和人们日常生活的各个方面，温度测量和控制都是极为重要的课题。
温度测量系统在单片机系统设计中应用广泛，根据单片机系统设计要求的不同，温度测量系统的设计也有所不同，有采用集成芯片的，也有采用恒流源器件和恒压源器件的。
本系统选用PT100铂热电阻作为温度信号采集元件，来进行温度测量系统设计。
1 基本工作原理PT100铂热电阻的阻值随着温度的变化而变化，利用这一特点来采集温度信号，将采集到的信号转换成电压信号；再经过A／D转换成数字信号并由单片机系统读取；单片机系统把读取到的数字信号进行识别处理，并换算成与温度对应的数字信号，最后再由液晶显示器显示输出温度值。
2 硬件设计硬件组成主要包括恒流源电路、电压放大、A／D转换接口电路、光耦隔离电路、液晶显示电路5个组成部分。
2.1 恒流源电路恒流源电路如图1所示。
其中芯片OP07为运算放大器，它和5个电阻组成恒流源电路，在VIN+处输出1 mA的工作电流。
图中DGND=5 V，VMC=0 V，有4个节点分别是NET1，NET2，NET3，NET4。
设流过R110的电流为Ia，流过R114的电流为Ib，单位为mA，方向都向右。
则根据运放的虚断和虚短，则有方程：DGND-(R111+R110)×Ia+R114×Ib-R113×((DGND-R111×Ia)／R112)-(VDGND-R111×Ia)=代入数据，有：5-(10+1)×Ia+1×Ib-2×((5-10×Ia)／10)-(5-10×Ia)=0可算得Ia+Ib=1，而Ia+Ib即为所求电流I，为1 mA。
根据方程，可知要得到Ia+Ib为常数，必须满足：R113×R111／R112-R110=R114所以，这个电路成为恒流源的条件是：R111／R112=(R110+R114)／R113如果R111=R112则必须R110+R114=R113，此时，恒流值为I=DGND×R113／R112／R114。
高精度铂电阻测温仪的设计与实现
工 业 仪 表 与 自动 化 装 置
・ ５ ９・
高精 度 铂 电 阻 测 温仪 的设 计 与 实现
王 龙 ， 李晓晖 ， 许广文 ， 王大伟 ， 郭增军
（ １ ． 河北 大 学 ，河 北 保 定 ０ ７ １ ０ ０ ０； ２ ． 河 北省计 量科 学研 究 院 ，石 家庄 ０ ５ ０ ０ ５ １ ） 摘要： 提 出 了基 于四线 制 恒流 源驱动 和恒 流换 向技 术 的高精 度 温度 测 量方案 ， 挑 选性 能优异 的
ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｃ ｏ ｎｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ．Ａｆ ｔ ｅ ｒ ｂ ｅ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ，ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ｗｉ ｔ ｈ Ｉ ＴＳ
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铂电阻实时测温显示实验
测控仪器设计实验报告书班级：学号：姓名：铂电阻实时测温显示实验一、实验内容利用铂电阻随温度变化阻值变化的特性，将铂电阻接入平衡电桥当中，平衡电桥的输出电压会随温度的变化而变化，此电压经放大后的数值经过一系列运算即是实测电压值，再将电压值实时显示在液晶屏中或通过串口通信输入上位机。
二、功能设计1.加热功能：用于对铂电阻进行加热使铂电阻阻值随温度发生变化。
2.测温功能：通过将铂电阻阻值进行采集，放大，运算，测出实时温度，并将实时温度输送到单片机中用于数据输出。
3.液晶显示功能：通过一定的接口将单片机与液晶相连，并将单片机中的数据按照一定的形式输出显示在液晶模块上，实现实时采集显示。
4.RS485远程通信功能：单片机与通信模块相连，将数据传递到终端。
5.电压转换模块：电路板输入12V电压，给加热模块供电，通过电压转换模块转换为5V给电路板上其他原件供电。
6.键盘功能：键盘主要用于输入需要加热的数值给单片机。
三、设计功能的实现1.加热模块：加热模块为l298n，从电路板上引出12V用于供电，控制接口为IN1，IN2，ENA，IN1与IN2控制方向，输入0,1信号即可，ENA控制占空比，输入1即可，输出端接铂电阻加热快，给铂电阻加热。
2.测温模块：主要包括平衡电桥，仪表放大器INA118，16位AD采样芯片ADS7841，由于铂电阻常温阻值为100，因此先将100欧的电阻接入平衡电桥，调节平衡电桥中的滑动变阻器，是电桥输出为0，之后再接入铂电阻，铂电阻的阻值随温度变化而变化，经仪表放大器放大之后的模拟值输入ADS7841的CH0，ADS7841的控制有单片机实现，单片机通过写入控制字来设定采样端口，采样模式等，之后便可通过数据口接受数据给单片机，此时的数据为1-4096中的某一数值，代表1-5V中的某一电压，通过一定的运算即可计算出此时的温度值。
3.液晶显示：该模块即LCD12864模块，利用RS,RW,EN引脚与单片机相连实现液晶的功能控制字的输入，再利用8位并行数据输入口输入要显示的数据（温度），即可将实时温度显示在液晶模块上。
铂电阻测温电路的设计
虚拟仪器设计技术大作业题目：铂电阻测温电路的设计专业：电子信息科学与技术班级：电本（2）班学号：79姓名：张顶红同组人：柳建、黄腾辉、罗凯、颜超、舒样超、陈雷指导老师：秦新燕日期：2014年5月22号物理与机电工程学院目录一.课程设计的目的二.课程设计的任务三.铂电阻测温电路原理及设计传感器模型的建立测温电路组成与原理3.2.1稳压电路3.2.2基本放大电路3.2.3校正电路3.2.4电路输出范围的调节整体电路分析与设计3.3.1稳压电路分析3.3.2铂电阻温度特性分析3.3.3 Rw1作用分析3.3.4电路验证实验数据处理四．Labview虚拟仪器设计数据显示子程序VI设计接口电路的设计与编译五.仿真测温六．总结一.课程设计目的在Multisim 中，可根据铂电阻阻值与温度的关系建立铂电阻模型，设计一个测温范围为0至100℃的测温仪。
通过本课程设计，了解铂电阻测温的原理，会根据铂电阻的阻值与温度的关系建立仿真模型；掌握铂电阻的测温电路；熟悉LabVIEW虚拟仪器Multisim 的导入方法;提出铂电阻测温仪的优化方案。
二.课程设计的任务在Multisim中，可根据铂电阻阻值与温度的关系建立铂电阻模型，设计一个测温度范围为0~100℃的测温仪。
通过本设计，应掌握以下内容：1）了解铂电阻测温的原理，会根据铂电阻的阻值与温度的关系建立仿真模型。
2）掌握铂电阻的测温电路。
3）会用LabVIEW设计温度显示模板，把电路输出电压值转换成温度及参数的显示。
4）熟悉LabVIEW虚拟仪器向Multisim的导入方法。
三.铂电阻测温电路原理及设计传感器模型的建立金属铂电阻器性能十分稳定，在-260～+630℃之间，铂电阻用做标准温度计;在0～+630℃之间铂电阻与温度的关系如下：Rt=R0*(1+A*t+B*t*) 其中（0℃时电阻）R0=100，A=×10-3，B= ×10-7。
然后把参数带入得:Rt=*t*t+*t+100有了温度与铂电阻的关系式，我们可以建立以下的模型，如图所示。
铂电阻温度Multisi课程设计
铂电阻温度Multisi课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解铂电阻温度传感器的工作原理，掌握其数学模型和温度转换公式。
2. 学生能够描述Multisi铂电阻温度传感器的特点及其在工业和日常生活中的应用。
3. 学生能够识别并解释Multisi铂电阻温度传感器数据读取过程中的误差来源。
技能目标：1. 学生能够运用Multisi铂电阻温度传感器进行温度测量，并准确读取数据。
2. 学生能够通过实验操作，掌握数据采集、处理和分析的基本技能，进而进行温度控制系统的简单设计。
3. 学生能够设计简单的实验流程，并通过团队合作完成温度测量实验。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对物理传感器和现代测量技术的兴趣，认识到其在社会发展中的重要性。
2. 学生在学习过程中发展批判性思维，能够对实验结果进行科学的质疑和分析。
3. 学生通过小组合作培养团队协作意识，增强沟通能力和共享信息的责任感。
课程性质：本课程设计为动手实践与理论分析相结合的综合性课程，旨在通过实际操作加深对铂电阻温度传感器理论知识的理解。
学生特点：考虑到学生所在年级的特点，课程内容将结合学生的基础知识，引导他们通过探索实践，提高对抽象物理概念的理解。
教学要求：教学过程中强调实验安全，注重培养学生严谨的科学态度和精确的操作技能。
课程目标的设定有利于学生将理论知识与实践相结合，提升解决实际问题的能力。
通过对具体学习成果的分解，教师可进行有效的教学设计和学习成果评估。
二、教学内容1. 理论知识：- 介绍温度测量的基本概念，包括温度标度和转换。
- 讲解铂电阻温度传感器的工作原理，重点是其电阻随温度变化的特性。
- 引导学生了解Multisi铂电阻传感器的结构、特点及在自动化测量中的应用。
2. 实践操作：- 安排实验，让学生动手操作Multisi铂电阻温度传感器进行温度测量。
- 实验内容涵盖数据采集、处理和分析，以及温度控制系统的初步设计。
- 强调实验安全规范和操作要点，培养学生规范操作的意识。
本科毕业论文-基于铂电阻温度传感器设计与实现
本科毕业论文-基于铂电阻温度传感器设计与实现杭州电子科技大学本科毕业设计目录目录目目录录摘要2ABSTRACT3引言4概述521 铂电阻温度测量系统概述522 本设计方案思路523 研发方向和技术关键524 主要技术指标53 总体设计631 温度的检测632 小信号放大733 ADC及温度显示734 其他说明8硬件设计941 恒流源驱动模块94．11 三端可调分流基准源TL4319 412 集成运算放大器LM3241142 信号放大电路12421 集成运算放大器OP071343 AD转换及LCD显示电路14431 ATmega1614432 LCD1602液晶显示器175 软件设计2151 总体方案2152 程序流图2153 模块说明2254 基于OCTAVE的线性化处理236 制作与调试2761 硬件电路的布线与焊接27611 总体特点27612 电路划分27613 焊接2762 调试27杭州电子科技大学本科毕业设计621 理论调试过程27622 实际调试过程287 结论29致谢30参考文献31附录一321杭州电子科技大学本科毕业设计摘要摘要摘摘要要本文主要设计基于铂电阻的温度测量系统环境温度是被广泛测量的物理量热电阻热敏电阻热电偶二极管都可以用来测量温度和控制温度在这些传感器之中铂热电阻温度传感器在精度线性度稳定性方面是最好的现在传感器技术在不断的改进对温度测量也越来越精确要求也越来越高传统的铂主最近出现了适合于工业化生产的廉价的薄膜型或者厚膜型的电阻以在云母板上或者在陶瓷板上缠绕电阻丝的绕线型为铂电阻铂电阻性能极其稳定测温范围宽达-200650℃在高精度温度测量中不可欠缺的温度传感器最近还开发出了测量温度超过1000℃的铂电阻本文是从实际需求如高精度的角度来描述复杂的问题典型地一个数据收集系统就是利用传感器采集被测信号转化为模拟信号然后经过处理成可使用的数字温度测量的主要信号处理过程包括信号的采集信号的放大信号的数字化及显示信号由铂电阻温度传感器检测后传送到相应的放大电路放大电路采用集成运算放大器利用 Atmega16自带的10位ADC 转换器并将数据显示在LCD1602液晶屏上Atmega16单片机的程序使用ICCAVR编译器进行设计和调试完成该温度测量系统实现了对温度的高精度测量并能高分辨率显示在液晶屏上可以作为手持式温度测量工具关键词温度传感器铂电阻Atmega162杭州电子科技大学本科毕业设计ABSTRACTABSTRACTAABBSSTTRRAACCTTThe main aim of this thesis is to design and realize temperature measurementsystem based on the platinum resistor The most widely measured phenomena in theprocess control environment is temperature Common elements such as ResistanceTemperature Detectors thermistors thermocouples or diodes are used to sense absolutetemperatures as well as changes in temperature Of these technologies the platinumRTD temperature sensing element is the most accurate linear and stable over time andtemperature The temperature sensing technologies are constantly improving furtherenhancing the quality of the temperature measurement The traditional platinumrecently emerged suitable for industrial production of cheap thin or thick film typeresistance on mica plates or in the ceramic plate winding resistance wire around the linefor platinum resistance Platinum resistance performance stable temperature range iswide - 200 650 degrees in high precision temperature measurement of thetemperature sensorAlso recently developed measuring temperature over 1000 degreesof platinum resistance This note is written from the perspective ofcatering to thecomplexissuesofthesensingenvironment andrequired accuracyTypically a data acquisition system conditions the analog signal from the sensormaking the analog translation of signal usable in the digital domain The primary signalprocessing temperature measurement process includes signal collection signalamplifier signal digital and display The temperature signal was sensed by platinumresistorthen amplified by operator amplifiersAs theAtmega16 MCUhas a10bitADCso can use it to digital the amplified signal and then use it control the LCD1602 displayscreen to display the actual temperature The program of Atmega16 is designed inICCAVR and debugged using ICCAVR compiler This temperature measurementsystem accurately measure temperature and display in high resolution so it is well as ahand-heldtemperaturemeasuring toolKeywordsKeywordsKKeeyywwoorrddss temperaturesensor platinumresistor Atmega163杭州电子科技大学本科毕业设计引言引言引引言言环境温度是被广泛测量的物理量热电阻热敏电阻热电偶二极管都可以用来测量温度和控制温度温度与我们的日常生活息息相关如人体的体温正常是37摄氏度炎热夏天的气温达到30摄氏度开水至少要达到100摄氏度才能饮用还有如今的大盆种植等等这些都用到温度这个概念温度是表征物体冷热程度的物理量它和湿度力速度一样需要将它们转化为具体的数才能让人们接受可以利用物体随温度变化的某些特性如电压电流等电信号而这桥梁就是传感器现在常用的温度传感器有热电偶电阻温度探测器热敏电阻以及高科技集成传感器每种传感器都有它所满足的特定温度范围和环境条件传感器的温度范围强度和灵敏度只是其中一部分特性都是用来描述该装置是否满足应用的要求不可能有某种温度传感器满足所有应用要求热电偶的温度测量范围大电阻温度探测器的线性度很好热敏电阻的精度高通常情况下随着温度的升高金属的电阻具有正的温度系数其大小约为3000-7000ppm℃因此通过测量金属电阻值的变化可以测量出其对应的温度适合制作测温电阻器的金属材料有铂铜镍等其中铂具有以下特性1 熔点高达1768℃无论化学性质还是电学性质都非常稳定2 富有延展性容易加工成极细的金属丝3 电阻-温度特性呈良好的线形以上优点是制作温度传感器最合适的材料在众多金属中铂的纯度可以高达99999以上纯度越高电阻值-温度特性越稳定电阻的温度系数越大用铂制作成的测温电阻器叫做铂电阻铂电阻是用高纯度的铂丝制作的温度传感器通常便用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω电阻变化率为03851Ω℃铂电阻温度传感器精度高稳定性好应用温度范围广是中低温区-200～650℃最常用的一种温度检测器不仅广泛应用于工业测温而且补制成各种标准温度计供计量和校准使用4杭州电子科技大学本科毕业设计概述概述概概述述21 铂电阻温度测量系统概述21 铂电阻温度测量系统概述2211 铂铂电电阻阻温温度度测测量量系系统统概概述述铂电阻温度测量系统的工作原理是采用铂电阻作为采集温度的桥梁然后经过信号调理输出温度值该系统一般包括信号采集部分信号调理部分AD转化部分和显示部分如图2-1所示铂电阻温度传感器把外界的温度信号通过其本身的阻值体现出来并通过合适驱动电路采集到微弱的电压信号此毫伏级的电压信号放大到伏级的电压信号然后经过AD转换最后显示出来图2-1 铂电阻温度测量系统原理框图22 本设计方案思路22 本设计方案思路2222 本本设设计计方方案案思思路路本设计以实现信号的良好检测和数据转换显示为主要目的以信号检测信号转换和数据显示为主要设计内容在信号检测方面设计铂电阻驱动电路和微弱信号放大电路在信号转换和数据显示方面利用MCU强大的处理能力23 研发方向和技术关键23 研发方向和技术关键2233 研研发发方方向向和和技技术术关关键键1合理设计铂电阻的驱动电路提高系统的精度2微弱信号的放大和滤波3AD转换4与微机进行数据传输方便显示扩展24 主要技术指标24 主要技术指标2244 主主要要技技术术指指标标1精度012线形度023重复性良好4显示可靠的分辨率5杭州电子科技大学本科毕业设计 3 总体设计3 总体设计33 总总体体设设计计铂的物理化学性能非常稳定它具有以下特性1 熔点高达1768℃无论化学性质还是电学性质都非常稳定2 富有延展性容易加工成极细的金属丝3 电阻-温度特性呈良好的线形铂是目前制造热电阻的最好材料公式1RTD T ≈ RTD 1T×α其中RTD T表示温度为T时铂电阻的阻值RTD0为0℃时铂电阻的阻值T是测量温度a 000385Ω℃利用公式1很容易计算-100℃到200℃之间温度所对应铂电阻的阻值误差≤31℃如果要求更高的精度和更宽的测量范围可使用公式22 3 其中RTD T 表示温度为T 时铂电阻RTD T RTD 1 AT BT CT T1003的阻值根据ITS-90标准值RTD0 100ΩA 39083ⅹ10 ℃B -5775ⅹ7 2 12 410 ℃ C -4183ⅹ10 ℃ T 0℃C 0T≥0℃本设计利用铂电阻的阻值与温度的关系通过恒流源驱动铂电阻得到微弱的信号通常是毫伏级的此信号与铂电阻成线性关系在将此微弱信号通过由三运放构成经典的仪用放大器放大100倍到伏级的才能被ADC接受如图3-1所示图3-1 铂电阻温度测量系统总体框图31 温度的检测31 温度的检测3311 温温度度的的检检测测通常情况下随着温度的升高金属的电阻具有正的温度系数其大小约为3000-7000ppm℃因此通过测量金属电阻值的变化可以测量出其对应的温度适合制作测温电阻器的金属材料有铂铜镍等铂电阻是最合适做温度测量元件要通过铂电阻采集温度信号驱动电路是少不了的驱动电路就是将传感器的输出信号转化为处理起来相对比较方便的电信号像热电偶那样本身就会产生电压的传感器自然不存在问题然而这类传感器非常少多数传感器都是需要一个驱动电路的通常的驱动电路有恒电压驱动电路恒电流驱动电路其中恒电压驱动电路结构比较简单通常是一个电桥电路铂电阻是其中的一个桥臂所谓恒电压就是在电桥两端加一个稳定的电压通常是用稳压二极管集成稳压芯片其中恒电流驱动电路相对比较复杂因为所需恒电流要精心设计产生恒电流的电路五花八门通常是利用集成运算放大器结合稳压电压电路不管用何种方法产生恒定电流通过铂电阻的电流要控制在15毫安以内因为电阻本身是会发热的如果给的电流过大那么铂电阻自身发热引起的误差将不可6杭州电子科技大学本科毕业设计忽视比较这两种电路恒电流驱动更适合高精度场合流过铂电阻是恒电流的话那么铂电阻两端的电压与电阻就成线性关系而恒电压的桥式电路除了铂电阻本身的非线性误差外输出电压与电阻变化也存在非线性这是恒电压工电路的固有误差从而使整个电路的系统误差变大因此本系统采用恒流源采样基本思想如图3-2所示图3-2 恒流源采样32 小信号放大32 小信号放大3322 小小信信号号放放大大传感器在驱动电路的驱动下输出的电压充其量也不过数十毫伏的大小一般的AD转换器都是要伏级的电压所以这数十毫伏的电压是没法用的需要将这微弱的信号放大到伏的数量级通常这种放大是靠运算放大器来完成的对微弱信号进行放大应选用高输入阻抗低失调低温漂的高精度运放运放种类很多有通用型运放它的直流性能较好应用范围广价格低廉品种最多高速型运放它的转换速率快过渡时间短微功耗型运放在低电压低电流下仍有较高的放大倍数低漂移型运放具有自动调零且温漂较低高精度型运放开环增益大输入失调电压小输入失调电流和偏置电流小温漂小以及等效输入噪声小大功率型运放工作电流可达200mA甚至几A以上对微弱信号放大应选用高输入阻抗低失调低温漂的高精度运放本系统采用三运放形式组成一个仪用放大器将微弱的信号放大100倍33 ADC及温度显示33 ADC及温度显示3333 AADDCC及及温温度度显显示示温度信号采集放大后要转化为实际的温度值并用常用十进制显示出来才是最终目的这就要用到AD转换器在AD转换器中最令人关心的是AD转换器的位数这关系到所测温度的分辨率虽然分辨率对实际精度没有影响但还是有所联系的比如DS18B20精度为05℃测量范围-55℃～125℃则允许绝对误差±05 [125--55] ±09℃对于这样的精度如果分辨率整数那它显示的精度就没09℃了这就影响了精度实际上没有影响为了确保DS18B20的精度那么分辨率就要保留到小数点后至少一位现在的单片机发展的很快有些单片机自带了如ADC等功能其中Atmega16就自带了将近10位的AD功能在加上它强大的处理能力驱动能力因此本系统采用Atmega16的ADC且用它驱动液晶显示屏7杭州电子科技大学本科毕业设计34 其他说明34 其他说明3344 其其他他说说明明系统分为硬件部分和软件部分本论文主要设计制作硬件部分以及与单片机Atmega16程序硬件运放ADC等所需的电源并没有包过用两节蓄电池代替软件部分包括AD转换和显示程序8杭州电子科技大学本科毕业设计硬件设计硬件设计硬硬件件设设计计41 恒流源驱动模块41 恒流源驱动模块4411 恒恒流流源源驱驱动动模模块块通常对于铂电阻随着温度的升高电阻的阻值会上升正是利用这一点采集温度但当电流流过铂电阻时铂电阻本身会发热这不是外界温度的一部分所以必须控制流过铂电阻的电流如图4-1所示通过TL431恒压249伏通过LM324组成的电压跟随器通过一个2K的电阻得到125mA 的恒定电流这里用两个恒流源是让铂电阻在0℃时输出的压差为零78脚输出电压就是采集到的微弱的电压信号图4-1 恒流源采样模块4．11 三端可调分流基准源TL4314．11 三端可调分流基准源TL43144．．1111 三三端端可可调调分分流流基基准准源源TTLL443311基准电压源是DA和AD转换精度的决定要素TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源其等效内部电路符号和等效电路如图 4-2所示由图可以看到Vref是一个内部的25V基准源其实参考电压的出厂典型值为2495V最小为2440最大为2550接在运放的反相输入端由运放的特性知REF端同相端的电压相对阳极为25V且具有虚段特性9杭州电子科技大学本科毕业设计图4-2 TL431电路符号等效电路及内部结构它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置从 Vref25V到36V范围内的任何值该器件的典型动态阻抗为02欧在很多应用中可以用它代替齐纳二级管例如数字电压表运放电路可调压电源开关电源等25V到36V恒压电路和25V应用如图4-3所示R1 R2时输出电压即为25V需要注意的是当TL431 阴极对地与电容并联时电容不要在001到3uf之间否则会在某个区域产生振荡图4-3TL431常用电路恒流源是电路中广泛使用的一个组件基于TL431的恒流源电路如图4-4所示两个个电路分别输出和吸入恒定电流通过REF引脚的虚段特性很容易分析其中的三极管替换为场效应管要比普通镜像恒流源或恒流二极管好得多因而在应用中无需附加温度补偿电路10杭州电子科技大学本科毕业设计图4-4 基于TL431的恒流源电路但本设计并为采用此电路来产生恒电流而用到它的稳压效果再结合运放产生恒流源如图4-5所示本设计实测输出为251VVCC为9V典型值为2495V最小为2440最大为2550图4-5 TL431常用电路412 集成运算放大器LM324412 集成运算放大器LM324441122 集集成成运运算算放放大大器器LLMM332244集成运算放大器是实现高增益放大功能的一种集成器件早期主要用来实现对模拟量进行数学运算的功能目前随着器件性能的改进它已成为通用的增益器件应用范围非常广泛从电特性来看集成运放接近理想的电压放大器件它不仅有很大的输入电阻和很小的输出电阻而且还有很高的电压增益此外静态工作时它的输入和输出电位均为零这样在与其它集成运放连接时就不需要考虑它们之间的电平配置问题LM324 是四通道的低功耗运算放大器它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器除电源共用外四组运放相互独立其性能参数有以下几个方面1单电源工作方式工作电平3V～ 30V2低消耗电流约08 mA3低输入偏移输入电压偏移3 mvTyp输入电流偏移2 nATyp4开环增益100Vmv ＝ 100 dBTyp5宽响应频带11杭州电子科技大学本科毕业设计图4-6 LM324内部结构本设计主要用到LM324来做跟随器本来可以用LM358两运放代替但购买时没考虑周全好在用LM324价格低廉用来做电压跟随器也是绰绰有余42 信号放大电路42 信号放大电路4422 信信号号放放大大电电路路仪表放大器又称数据放大器测量放大器仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元理想的仪表放大器仅检测两输入端的电压差所以任何共模信号即对两个输入端有相同电位例如噪声和地线中的电压降都在输入级被抑制而不进行放大大多数情况下仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高典型值≥Ω其输入偏置电流也应很低典型值为1nA至 50nA与运算放大器一样其输出阻抗很低在低频段通常仅有几毫欧mΩ仪表放大器是一种放大两输入信号电压之差而抑制对两输入端共模的任何信号的器件因此仪表放大器在从传感器和其它信号源提取微弱信号时提供非常重要的功能共模抑制CMR是指抵消任何共模信号两输入端电位相同同时放大差模信号两输入端的电位差的特性这是仪表放大器所提供的最重要的功能DC和交流ACCMR 两者都是仪表放大器的重要技术指标使用现代任何质量合格的仪表放大器都能将由于 DC 共模电压即出现在两输入端的DC电压产生的任何误差减小到 80dB至120dB而仪表放大器提供的最大优点是选择性地放大差分信号同时抑制共模信号一个仪表放大器可以是用一个或多个运算放大器及一些电阻器构成的分立式结构也可以设计成单片式结构两种方法各有优缺点通常分立式结构仪表放大器可以低成本提供设计灵活性并且有时能提供单片式结构无法达到的性能例如甚高频带相反单片式结构提供了完整的仪表放大器功能完全达到规定的技术指标并且通常出厂时经过微调通常其 DC 精度高于分立式结构单片式仪表放大器还具有尺寸非常小成本低并且简单易用的优势如图 4-7是本设计由三个独立运放OP07构成的标准仪表放大器12杭州电子科技大学本科毕业设计图4-7 仪表放大电路三运放仪表放大器的运算放大器像运算放大器电路一样仪表放大器的输入缓冲放大器以单位增益通过共模信号相反两个缓冲器放大信号电压来自两个缓冲器的输出信号连接到该仪表放大器的减法器单元在这里通常以低增益或单位增益放大差分信号而衰减共模电压由于仪表放大器的减法器单元的作用仪表放大器抑制了共模电压图中令R14 R18 2KR12 R19 R13 R20 100KR15是一个1K的可变电阻则此仪表放大器的放大倍数就从最小5倍开始可调解421 集成运算放大器OP07421 集成运算放大器OP07442211 集集成成运运算算放放大大器器OOPP0077OP07芯片是一种低噪声非斩波稳零的单运算放大器集成电路由于OP07具有非常低的输入失调电压对于OP07A最大为25μV所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施OP07同时具有输入偏置电流低OP07A为±2nA和开环增益高对于OP07A为300VmV的特点这种低失调高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面OP07特点如下1 超低偏移 150μV最大2 输入偏置电流 18nA3 低失调电压漂移 05μV℃4 超稳定时间 2μVmonth最大高电源电压范围±3V至±22V13杭州电子科技大学本科毕业设计OP07是个通用型的运算放大器性价比相对比较高但是要注意的是OP07是用双电源供电的单电源工作不正常本设计用的型号是OP07CP最初用9V单电源时没设置好偏置电压参考电压导致输出不正常总在6到7伏后来用±9V双电源供电输出就是所需的放大后的电压43 AD转换及LCD显示电路温度信号采集放大后要转化为实际的温度值并用常用十进制显示出来才是最终目的这就要用到AD转换器在AD转换器中最令人关心的是AD转换器的位数这关系到所测温度的分辨率虽然分辨率对实际精度没有影响但还是有所联系的比如DS18B20精度为05℃测量范围-55℃～125℃则允许绝对误差±05 [125--55] ±09℃对于这样的精度如果分辨率整数那它显示的精度就没09℃了这就影响了精度实际上没有影响为了确保DS18B20的精度那么分辨率就要保留到小数点后至少一位本设计所测量的温度范围为0℃～200℃铂电阻的阻值变化范围为100Ω～17586ΩΔΩ 0～7586Ω设计恒流源实测为251V2K 1255ma则ΔV 0～962043mV通过仪表放大器放大50倍后为0～4760215mv如果取参考电压47VAD转换精度为10位则分辨率为471024 0005V这样的分辨率对于量程为0～200℃精度为001即绝对误差±001200℃ 02℃足够了现在的单片机的处理能力达到MIPS而且广泛用于控制本系统用到8位AVR 微处理器ATmega16它有一个10位的逐次逼近型ADC包过一个8通道的模拟开关一个采样保持比较器一个转换逻辑和4个控制状态寄存器ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接能对来至端口A的8路但输入电压进行采样单端输入以0VGND为基准器件还支持16 路差分电压输入组合两路差分输入 ADC1ADC0 与ADC3ADC2 有可编程增益级在AD 转换前给差分输入电压提供0dB 1x20dB 10x 或46dB 200x 的放大级七路差分模拟输入通道共享一个通用负端ADC1 而其他任何ADC 输入可作为正输入端如果使用1x 或10x 增益可得到8 位分辨率如果使用200x 增益可得到7位分辨率本系统用到单端输入的一端进行采样所以其转换精度可达到10位显示采用16×2的液显示器LCD1602它可与ATmega16直接相连不需要外加译码器或锁存器等数字芯片它有4线制接法和8线制接法由于我的端口比较充裕所以用8线制接法外加3个控制端共需13个IO口431 ATmega16431 ATmega16443311 AATTmmeeggaa1166产品特性高性能低功耗的 8 位AVR 微处理器先进的RISC 结构– 131 条指令–大多数指令执行时间为单个时钟周期– 32个8 位通用工作寄存器–全静态工作–工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS–只需两个时钟周期的硬件乘法器非易失性程序和数据存储器14杭州电子科技大学本科毕业设计– 16K 字节的系统内可编程Flash擦写寿命 10000 次–具有独立锁定位的可选Boot 代码区通过片上Boot 程序实现系统内编程真正的同时读写操作– 512 字节的EEPROM擦写寿命 100000 次– 1K字节的片内SRAM–可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密JTAG 接口与IEEE 11491 标准兼容–符合JTAG 标准的边界扫描功能–支持扩展的片内调试功能–通过JTAG 接口实现对FlashEEPROM熔丝位和锁定位的编程外设特点–两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器计数器–一个具有预分频器比较功能和捕捉功能的16 位定时器计数器–具有独立振荡器的实时计数器RTC–四通道PWM– 8路10 位ADC8个单端通道TQFP 封装的7个差分通道2个具有可编程增益1x 10x 或200x的差分通道–面向字节的两线接口–两个可编程的串行USART–可工作于主机从机模式的SPI 串行接口–具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器–片内模拟比较器特殊的处理器特点–上电复位以及可编程的掉电检测–片内经过标定的RC 振荡器–片内片外中断源– 6种睡眠模式空闲模式ADC 噪声抑制模式省电模式掉电模式Standby 模式以及扩展的Standby 模式IO 和封装– 32个可编程的IO 口。
铂电阻温度计传感器课程设计
铂电阻温度计传感器课程设计摘要传感器是现代科技和工程领域不可或缺的一部分。
本课程设计旨在介绍铂电阻温度计传感器的原理、特性和应用，以及如何设计和实现铂电阻温度计传感器。
导言铂电阻温度计传感器是一种常用的温度测量设备，具有精度高、稳定性好等优点。
在许多领域，如工业控制、环境监测等方面都有广泛的应用。
本课程设计将深入介绍铂电阻温度计传感器的工作原理和特点，并通过实验设计帮助学生更好地理解和应用铂电阻温度计传感器。
1. 铂电阻温度计传感器的工作原理铂电阻温度计传感器是基于材料电阻随温度变化的特性来测量温度的。
其中，铂电阻是一种具有稳定温度系数和较大温度范围的材料，常用的材料有PT100、PT1000等。
铂电阻温度计的原理是利用铂电阻的电阻值与温度之间的关系进行温度测量。
2. 铂电阻温度计传感器的特点•高精度：铂电阻温度计传感器的精度可以达到0.1°C，适用于需要高精度温度测量的场合。
•宽温度范围：铂电阻温度计传感器的温度测量范围通常在-200°C到+800°C之间。
•稳定性好：铂电阻温度计传感器具有良好的长期稳定性和重复性。
•快速响应：铂电阻温度计传感器的响应时间较短，能够快速反应温度的变化。
3. 铂电阻温度计传感器的应用铂电阻温度计传感器在许多领域有着广泛的应用，包括以下几个方面：•工业控制：铂电阻温度计传感器可用于工业控制系统中，如温度控制、温度补偿等。
•环境监测：铂电阻温度计传感器可用于监测环境温度，如气象观测、温室控制等。
•制冷和空调：铂电阻温度计传感器可用于制冷和空调系统中的温度控制。
•医疗设备：铂电阻温度计传感器可用于医疗设备中，如体温测量。
4. 实验设计本课程设计还将提供一个实验设计，帮助学生更好地理解和应用铂电阻温度计传感器。
以下是实验设计的主要内容：实验目的通过实验帮助学生了解铂电阻温度计传感器的工作原理和特性，以及如何进行温度测量。
实验器材•铂电阻温度计传感器•温度控制装置•数字温度显示器•实验电路板•连接线等实验步骤1.搭建实验电路：将铂电阻温度计传感器连接到实验电路板上。
采用铂电阻设计数显温度测量仪
采用铂电阻设计数显温度测量仪温度的测量在气象行业和工业应用中有着广泛的应用。
随着时代的发展，数字化让人们的生活更加的便利，数字化产品越来越普遍，数字温度计就是一个例子。
其中铂电阻作为一种温度采集传感器使用也非常普遍，它具有测量的温度范围宽，精度高的优点。
因此本系统选用铂电阻PT100 来介绍一种温度测量系统。
1系统结构和工作原理1.1 系统结构该系统以STC89C58为核心，由两路通道切换电路，信号采集和处电路，AD转换电路，报警电路，显示电路等部分组成，具体系统方框图如图1所示。
图1系统结构框图1.2 工作原理系统刚启动时会有两个选项，其中一个是设定报警值，另一个是读取单片机内的报警值。
然后默认选择一个通道进行温度测量，铂电阻采用四线制。
信号采集由一个运放组成的恒流源和铂电阻串联获得，铂电阻两端的电压信号经过仪表放大器AD620放大，调整成AD。
2 系统硬件设计2.1主控电路STC89C58是一种新型的51内核的单片机，它包含有32K的FLASH，1.2K的RAM，是一种低功耗和高性能的8位单片机，与传统的51单片机相比具有超强的抗干扰能力。
本次设计选用这个单片机为主控芯片。
此系统中的单片机主要负责处理AD转换器输出的数字信号，并且得到对应的温度值，显示在LCD显示屏上，当超过设定的，警戒值时会进行报警。
2.2双通道切换电路本系统可以进行两路通道的温度测量，因为铂电阻是四线制，采用四个继电器同时选择一个铂电阻传感器的一条线的方式来选择其中一个传感器，具体电路如图2所示。
继电器由ULN2003控制，它是高耐压、大电流复合晶体管阵列由七个硅NPN复合晶体管组成，能够在关态时承受50V的电压。
通过单片机控制UNL2003的一个脚就能控制继电器，ULN2003的1脚与单片机的P2.3脚相连。
图2双通道切换电路2.3信号采集电路此次设计采用铂电阻温度传感器PT100进行温度的采集，具体的电路如图3所示。
课程设计数显铂电阻温度测量仪
电源模块设计
电源选型
选用稳定可靠的电源芯片，提供适合 主控芯片和外围电路的电源电压。考 虑电源芯片的输入电压范围、输出电 压精度、负载能力等指标。
电源电路设计
设计合理的电源电路，包括输入滤波 、电压转换、电源保护等部分，确保 电源稳定性和可靠性。同时，优化电 源效率，降低功耗和发热。
PCB布局与布线
信号采集与处理模块设计
信号采集
选用高精度、高稳定性的铂电阻温度传感器，如PT100或PT1000，实现温度 信号的精确采集。设计合理的信号调理电路，将温度信号转换为适合主控芯片 处理的电压或电流信号。
信号处理
采用合适的滤波算法，对采集到的温度信号进行去噪和平滑处理，提高测量精 度和稳定性。同时，实现温度信号的线性化和标定，确保测量结果的准确性和 可靠性。
将处理后的温度数据 显示在数码管或液晶 屏幕上。
按键处理模块
接收用户输入的按键 信号，并进行相应的 处理，如设置温度上 下限、切换显示模式 等。
数据采集与处理子程序设计
数据采集子程序
通过铂电阻温度传感器采集温度数据，并进行模数转换。 需要考虑采样频率、采样精度等因素。
数据处理子程序
对采集到的温度数据进行滤波处理，以消除噪声干扰；进 行线性化处理，将非线性的铂电阻温度特性转换为线性的 温度数据。
04 软件设计与实现
开发环境搭建与配置
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选择合适的开发平台
根据项目需求和资源情况，选择适合的开发平台 ，如Windows、Linux或嵌入式系统等。
安装开发工具
安装集成开发环境（IDE）或代码编辑器，如 Visual Studio、Eclipse、Keil等，以便进行代码 编写和调试。
配置开发环境
基于铂电阻的数字温度计设计
基于铂电阻的数字温度计设计测量范围为0~100℃的线性化、宽温域的Pt100测温电路。
电路图1所示电路有电压基准电路、线性化电路、差分放大电路和A/D 转换电路组成。
电压基准电路有精密基准源LM199、电阻R 1和电压跟随器A 1构成，产生V R =6.855V 的基准电压。
该基准一方面作为线性化电路的输入，另一方面经分压后得到V a =287.1mV 的补偿电压。
实际应用时用二次多项式表示铂电阻的阻值与温度的关系，即R t =R 0(1+3.9684*10-3t+5.8458*10-7t 2) (1.1)线性化电路有A 2及外围电阻构成，R T 是铂电阻，R 是补偿电阻，R F =R f ，由电路可得2To R T R V V R R=- (1.2)要使V o2与温度成线性关系，必须使0222=dtV d o 即有2222/T TT dR d R R R dt dt⎛⎫=- ⎪⎝⎭ (1.3)将式(1.1)代入式(1.3)得212001020233a R R R a R t a R t a =---在温度0℃～100℃的范围内对R 求平均值。
可得R =2735.1Ω。
此时式(1.2)应为一条直线，设其表达式为V o2=a+bt将t=0℃，Rt=100Ω，t=100℃，Rt=139.1Ω分别代入式（2.2）可得a=-0.03795V R b=-0.0001565V R解得2o V =(-0.03795-0.0001565)V R将V R =-6855mV 代入得2o V =260.1+1.07t(mV)V o2和V a 分别输给仪器放大器AD620的正负输入端，AD620的增益设定为1，则其输出为V o3=1.19(mV)。
这就是温度测量电路的前置部分的最后输出。
显然其输出电压与温度是线性关系。
电路的A/D 转换器采用的是12位的AD574，其输出与8031单片机相连接，接口电路如图2所示。
图2 AD574与8031接口电路编写程序，使AD 574进行12位A/D 转换，并把转换后的12位数字量存入内部20H 和21H 单元。
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目录一、前言...........................................错误！未定义书签。
二、设计原理 (2)2.1铂电阻特性 (2)2.2铂电阻测温原理 (2)2.3阻值和温度转换原理 (2)2.4原理流程 (3)三、硬件设计 (4)3.1测温电路 (4)3.2放大电路的设计 (5)3.3 A/D转换器的电路设计 (6)3.4 LED显示电路 (7)3.5声光报警电路 (8)3.6 AT89S52单片机电路 (9)四、软件设计 (11)4.1系统软件设计说明 (11)4.2程序设计语言 (11)4.3程序设计图 (11)五、总结...........................................错误！未定义书签。
参考文献...........................................错误！未定义书签。
附一...............................................错误！未定义书签。
附二...............................................错误！未定义书签。
一、前言随着科技的发展和“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，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。
因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。
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、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应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，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。
其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。
为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。
本文利用单片机结合温度传感器技术而开发设计了这一温度测量系统。
文中将传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用铂电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及实现铂电阻测温仪的全过程。
二、设计原理2.1铂电阻特性铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等,被广泛用于中温(-200°C～650°C)范围的温度测量中。
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 =R(1+At+Bt2)(1+At+Bt2+C(t-100)t3)在-200～0℃范围内：Rt =R式中A、B、C 为常数，分别为：A=3.96847×102-；B=-5.847×107-；C=-4.22×1012-；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(1+αT)温度变化的关系式如下：R=R为100Ω(在0℃的电阻值),T为华氏温度，因此铂做成其中α=0.00392, R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℃～+650℃，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。
2.2铂电阻测温原理Pt100 是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，然后再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。
本设计采用采用不平衡电桥，电桥的四个电阻中三个是恒定的，另一个用Pt100 热电阻，当Pt100电阻值变化时，测试端产生一个电势差，由此电势差换算出温度。
2.3阻值和温度转换原理检测电路中，不平衡电桥以及铂电阻的阻值和温度之间的非线性特性给最后的温度测量带来了一定的误差。
早期通常采用硬件电路来减小这种误差。
但硬件法不但增加了电路的复杂性，而且由于包括传感器在内的各种硬件本身的缺陷和弱点，所以往往难以达到较高的指标要求。
因此，在系统的设计上引入与检测技术直接相关的数据处理算法，即软件算法来实现线性化处理的要求，可以有效地提高系统的精度，降低成本。
我们采用的是线性拟合法，因为Pt100有现成的温度-阻值对照表，可以先把数字量转化为Pt100的电阻值，然后根据电阻值查表得到温度。
这种办法可以有效弥补Pt100的非线性误差，提高测量的精度。
因此，该方法能保证在Pt100的整个测温范围内都有较高的精度。
具体做法是先是算出A/D转换的电压值U = everage( )*2.51/1024，其中的everage( )是A/D转换值取100次平均值，然后计算出转换后的电阻值，公式为：R=1000*U/8; 是电压除以1ma,再除以八倍的放大倍数，最后通过查表得出温度值并在LED上显示。
至于转换值，有3个公式：T = 2.5577*R - 255.7930;这是温度在0-50度时的拟合公式；T = 2.6049*R -260.0250;这是温度在50-70度时的拟合公式；T = 2.6240*R -263.468;这是温度在70-100度时的拟合公式；此外，金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt0[1+α（t-t）]式中，Rt为温度t时的阻值；Rt为温度t（通常t=0℃）时对应电阻值；α为温度系数，铂的α = 0.00392。
2.4原理流程图2.1 原理框图本设计以AT89S52单片机系统为核心，对单点的温度进行实时检测。
采用模拟温度传感器PT100对温度进行检测；采用串型模数转换器TLC1549进行A/D 转换把温度信号调解转换为电压信号与AT89S52单片机接口设置LCD1602实时显示温度值。
本设计包括温度传感器、A/D转换模块、数据传输模块、温度显示模块四个部分。
本次设计以PT100热电阻为温度检测元件，设计了一个对单点温度实时检测的单片机温度检测系统。
用LCD1602进行显示，并且使用了10位的串行A/D TLC1549进行转换。
三、硬件设计3.1测温电路测温电路采用典型的电桥电不平衡电桥电路,如图3.1所示。
该测温仪的测温电路采用软件算法中的查表线性化方法,利用软件算法对电路参数进行自适应调整选取,在保证高分辨率的情况下,使得在给定的温度范围内各点的分辨率近似相等,误差可达到0.5级仪表的要求,提高了测温仪的整体性能。
图3.1 不平衡电桥电路将被送到A/D转换器转换为数字量,然后由微处理器图3.1中最后输出的U5和Us是完全成读入再进行处理。
通过对温度测量电路的数学分析可以得出，U5正比的。
因此,在设计中将Us设为A/D转换过程中的参考电压。
这样,即使Us 有所变化,也不会影响A/D转换器的转换结果。
的输出在温度由于将Us设为了参考电压,为了最大化测量的分辨率,希望U5低限时向0V靠拢,而在温度高限时向Us靠拢。
这样，首先存在的一个问题便是运算放大器的输出问题。
通常,运算放大器的输出并不等于电源电压,因为存在一个饱和问题,这样便降低了整个电路的测量分辨率。
在实际设计中,使用的是Rail-to-Rail运算放大器,即输出上限可以达到电源电压,而下限可以达到0V。
这一点对于整个电路来讲是非常关键的。
下面具体介绍测温电路参数自适应调整选取的设计过程。
确定参数的原则是达到尽可能高的分辨率,以及尽量消除由于铂电阻的强非线性带来的各个温度段分辨率的明显差异。
整个计算和赋值过程通过软件程序来实现。
第一步,通过输入获取温度最大值和最小值,得出温度的范围。
第二步,通过输入获取电阻R1、R2、R4的阻值。
为了使节点①的电压大于节点②的电压(因为放大电路是单电源供电的,不可以输出负电压),R1的值必须大于RT在温度测量范围内的最大值。
同时,为了保证桥路的灵敏度，R1的值仅需稍微大于(或等于)RT的最大值即可。
同时明确放大电路中的要求R4＝R5、R6＝R7,而且为了降低功耗,它们的取值通常都大于100kΩ。
本设计中取R2＝100kΩ,作为它的临时计算初值;取R4＝R5＝100kΩ。
第三步,确定剩下的参数值R6、R7。
由于桥路的要求,R3＝R2，R4～R7的阻值)的变化比较大,这里可以忽略它们的影响来计算节点①和②之间的电压差(U12范围,从而求出R6、R7的阻值(R4阻值乘以放大倍数K)。
第四步,计算RT取最大值和最小值时该电路的分辨率。
由于此时已知R1～R7的所有电阻阻值,因此可以计算出具备这些参数的电路的值；在RT取最大值处的分辨率。
例如当温度为-30°C时RT取最大值，求出U5的值，二者然后查铂电阻分度表得RT在-29°C时的电阻值，再次求出另一个U5之差的绝对值即相对表示了该电路在此点的分辨率，差值越大，则分辨率越高。
同理，可以求得该电路在RT最小值处的两个输出电压U之差。
5第五步,迭代[3]取优。
迭代的目标是尽量使得两端(即RT取最大值和最小值时)的分辨率相同。
如果二者不相同,则以一定的步长增加R2,直到两端的分辨率基本相同为止。
这时便可以确定R2、R3和R6、R7的值了。
最后,输出电路各给定值以及得出的所有参数值和温度各点对应的A/D转换数值。
为了给实际应用中元器件值的选择提供参考,对温度测量电路进行了误差分析。
当电阻值精度取0.1%时,-30°C～40°C各个整数点的相对误差见表3.1。
表3.1 电阻精度为0.1%时各温度点的相对误差表3.2 使用经过筛选的精度为0.1%的电阻时各温度点的相对误差由于整个仪表的误差是按照最大误差来计算的,所以对于0.5级的仪表来讲,这样的误差有些偏大了。
但是由于0.1%的电阻精度已经比较高了,因此单靠提高电阻精度来减小相对误差已经不太可能。
在实际生产中,为了保证一定的精度,可以对所使用的精密电阻进行进一步的筛选,将电阻分为大于标称值和小于标称值两组,使用时在某个系统中使用特定组中的电阻。
这样做实际上是将电阻的精度提高了一倍,这时本系统在各个整数温度点的系统相对误差见表3.2。
可以看出,此时的误差完全满足0.5级仪表的要求,因此建议在实际生产中使用这样的方法来提高仪表的整体性能。