基于热敏电阻的数字温度计课程设计说明书
用NTC热敏电阻设计制作体温计
西北工业大学设计性基础物理实验报告班级:11051401 姓名:日期: 2016.05.13用NTC热敏电阻设计制作体温计一、实验目的1、测定NTC热敏电阻与温度的关系;2、设计制作一个数字体温计(温度范围35-42℃)二、实验仪器(名称、型号及参数)NTC热敏电阻可调直流稳压电源(0-5V)数字万用表单刀双掷开关导线FD-WTC-D型恒温控制装置 2X-21型电阻箱2个三、实验原理NTC负温度系数是一种利用半导体材料制成的体积小巧的电阻,为避免热敏电阻自身发热所带来的影响,流过热敏电阻的电流不能超过300微安。
由于热敏电阻随温度变化比金属电阻要灵敏得多,因此被广泛用于温度测量,温度控制以及电路中温度补偿、时间延迟等。
为了研究热敏电阻的电阻温度特性,常用电路如图1所示:R t=(R1/U1)*U t四、实验内容与方法1.测量不同温度t下NTC热敏电阻的阻值R(1)设计实验方案,画出实验电路图如图1,不断改变环境温度t,利用公式R t=(R1/U1)*U t计算出不同温度t下NTC的阻值。
(2)列表记录数据,用最小二乘法求出R与1/t之间的关系2.设计数字体温计如图2电路图所示,根据第一问中得到的R与1/t之间的关系,取35℃与42℃为边界,联立解出R1和R2。
计算各元件的数值,使数字电压表的mV示数即为温度示数。
根据设计的电路图搭建数字温度计,进行调试:(1)测量不同温度时,数字体温计的电压示数,并绘制校准曲线;(2)根据校准曲线,对设计的电路进行改进,使误差不超过1℃。
五、实验数据记录与处理(列表记录数据并写出主要处理过程)不同温度下的NTC阻值数据记录表格(R1=10000Ω U=4.77V)经过线性拟合b=451269.94 a=-7586.20 r=0.9487所以回归方程为:R=451269.94*1/t-7586.20当T=35和42时,解方程组4770R2/(R1+R2+R t)=35 解R1=8126.7.2Ω4770R2/(R1+R2+R t)=42 得R2=99.21Ω调整R2,获得较为准确的体温计(此时R1=8126.7Ω R2=117.2Ω)校准后误差在0.1摄氏度以内。
(完整版)基于热敏电阻的数字温度计
基于热敏电阻的数字温度计专业班级:机械1108组内成员:罗良李登宇李海先指导老师:**日期: 2014年6月12日1概述随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入,温度作为一个重要的物理量,是工业生产过程中最普遍,最重要的工艺参数之一。
随着工业的不断发展,对温度的测量的要求也越来越高,而且测量的范围也越来越广,对温度的检测技术的要求也越来越高,因此,温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
目前温度计种类繁多,应用范围也比较广泛,大致可以包括以下几种方法:1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2)利用热电效应技术制成的温度检测元件3)利用热阻效应技术制成的温度计4)利用热辐射原理制成的高温计5)利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。
温度测量模块主要为温度测量电桥,当温度发生变化时,电桥失去平衡,从而在电桥输出端有电压输出,但该电压很小。
将输出的微弱电压信号放大,将放大后的信号输入AD转换芯片,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。
2设计方案2.1设计目的利用51单片机及热敏电阻设计一个温度采集系统,通过学过的单片机和数字电路及面向对象编程等课程的知识设计。
要求的功能是能通过串口将采集的数据在显示窗口显示,采集的温度达一定的精度2.2设计要求使用热敏电阻类的温度传感器件利用其温感效应,将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来,将被测温度在显示器上显示出来。
3系统的设计及实现3.1系统模块3.1.1 AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
基于热敏电阻的数字温度计设计
目录1 课程设计的目的 (1)2 课程设计的任务和要求 (1)3 设计方案与论证 (1)4 电路设计 (2)4.1 温度测量电路 (3)4.2 单片机最小系统 (6)4.3 LED数码显示电路 (8)5 系统软件设计 (9)6 系统调试 (9)7 总结 (11)参考文献 (13)附录1:总体电路原理图 (14)附录2:元器件清单 (15)附录3:实物图 (16)附录4:源程序 (17)1 课程设计的目的(1)掌握单片机原理及应用课程所学的理论知识;(2)了解使用单片机设计的基本思想和方法,学会科学分析和解决问题;(3)学习单片机仿真、调试、测试、故障查找和排除的方法、技巧;(4)培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度;(5)锻炼自己的动手动脑能力,以提高理论联系实际的能力。
2 课程设计的任务和要求(1)采用LED数码管显示温度;(2)测量温度范围为-10℃~110℃;(3)测量精度误差小于0.5℃。
3 设计方案与论证方案一:本方案主要是在温度检测部分利用了一款新型的温度检测芯片DS18B20,这个芯片大大简化了温度检测模块的设计,它无需A/D 转换,可直接将测得的温度值以二进制形式输出。
该方案的原理框图如图3-1所示。
DS18B20是美国达拉斯半导体公司生产的新型温度检测器件,它是单片结构,无需外加A/D即可输出数字量,通讯采用单线制,同时该通讯线还可兼作电源线,即具有寄生电源模式。
它具有体积小、精度易保证、无需标定等特点,特别适合与单片机合用构成智能温度检测及控图3-1方案一系统框图方案二:温度检测部分采用传统的热敏电阻,热敏电阻的阻值随环境温度变化而变化,将热敏电阻与固定电阻串联后分压,经A/D转换器将其转换为单片机可识别得二进制数字量,然后根据程序查表得到温度值,单片机主要控制LED显示器显示正确的温度值,并根据设置的上下限控制继电器动作,从而控制外部负载。
该方案的原理框图如图3-2所示。
利用型热敏电阻设计温度计
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三、实验原理
热敏电阻的阻值具有随温度变化而变化的性质
我们可以将热敏电阻作为一个感温原件以阻值的变化来体现环境温度的变化。但是阻值的 变化量以直接测量的方式获得可能存在较大的误差,因此要将其转化为一个对外部条件变 化更加敏感的物理量;本实验中选择的是电流,通过电桥可以将电阻阻值的变化转化为电 流(电压)的变化
为了减小温度测量误差,需要对NTC热敏电阻进行温度补偿。一种常见的温度补偿方法是使用一个电阻网 络和一个稳定的电源电压,通过改变电阻网络中的电阻值来补偿NTC热敏电阻的电阻-温度特性
具体原理为:在NTC热敏电阻电路中,将NTC热敏电阻与一个固定的电阻串联,并以稳定的电源电压为电 路供电。当电路中有电流通过时,根据欧姆定律,电阻越大,电流越小。通过改变串联电阻的取值,可 以调整整个电路的总电阻值,从而得到所需要的电流值
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四、实验步骤
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四、实验步骤
测出所选择的热敏电阻Rt-t曲线(或由实验室给出) 将NTC热敏电阻和一个固定电阻串联进电路中,在基准温度下, 使用DHT-2型热学实验仪测量NTC热敏电阻的电阻值,并记录下 来 在其他温度下,同样使用DHT-2型热学实验仪测量NTC热敏电阻 的电阻值,然后使用串联电阻网络调整整个电路的总电阻值 使电流值保持在基准温度时的电流值,这样就实现了温度补偿, 使得NTC热敏电阻在不同温度下表现出稳定的电阻值 总之,NTC热敏电阻温度补偿原理是通过改变串联电阻的取值, 调整整个电路的总电阻值,使得NT样可以减小温度测量误差,提高测量精度
2.了解电阻的温度特性和伏安 特性
4.提高设计、创新能力
PART 2
二、实验仪器
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二、实验仪器
实验所需仪器
DHT-2型热学实验仪、NTC热敏电阻、直流稳压电源(电压调节范围0-30V两路输出) 、电阻箱(阻值调节范围0-99999.9Ω、额定功率0.25W)、微安表、万用表、导线
51单片机的热敏电阻数字温度计设计
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基于热敏电阻的数字温度计课程设计.doc
基于热敏电阻的数字温度计课程设计. .目录1 绪论12 系统硬件电路设计32.1 测温电桥电路32.2 信号放大电路................................................................................62.3 AD转换电路...................................................................................72.4 控制电路........................................................................................92.5 声光报警电路 (102).6 显示电路..........................................................................................112.7 电源电路..........................................................................................123 系统软件设计154 总结与展望 (1)6参考文献……………………………………………………………..……………………………..171概述随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入,温度作为一个重要的物理量,是工业生产过程中最普遍,最重要的工艺参数之一。
随着工业的不断发展,对温度的测量的要求也越来越高,而且测量的范围也越来越广,对温度的检测技术的要求也越来越高,因此,温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
目前温度计按测使用的温度计种类繁多,应用范围也比较广泛,大致可以包括以下几种方法:1,利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2,利用热电效应技术制成的温度检测元件3,利用热阻效应技术制成的温度计4,利用热辐射原理制成的高温计5,利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。
基于单片机的热敏电阻温度计的设计
基于单片机的热敏电阻温度计的设计引言:热敏电阻是一种根据温度变化而产生变阻的元件,其电阻值与温度成反比变化。
热敏电阻广泛应用于温度测量领域,其中基于单片机的热敏电阻温度计具有精度高、控制方便等特点,因此被广泛应用于各个领域。
本文将介绍基于单片机的热敏电阻温度计的设计,并通过实验验证其测量精度和稳定性。
一、系统设计本系统设计使用STC89C52单片机作为控制核心,热敏电阻作为测量元件,LCD1602液晶显示屏作为温度显示设备。
1.系统原理图2.功能模块设计(1)温度采集模块:温度采集模块主要由热敏电阻和AD转换模块组成。
热敏电阻是根据温度变化而改变阻值的元件,它与AD转换模块相连,将电阻变化转换为与温度成正比的电压信号。
(2)AD转换模块:AD转换模块将热敏电阻的电压信号转换为数字信号,并通过串口将转换结果传输给单片机。
在该设计中,使用了MCP3204型号的AD转换芯片。
(3)驱动显示模块:驱动显示模块使用单片机的IO口来操作LCD1602液晶显示屏,将温度数值显示在屏幕上。
(4)温度计算模块:温度计算模块是通过单片机的计算功能将AD转换模块传输过来的数字信号转换为对应的温度值。
根据热敏电阻的特性曲线,可以通过查表或采用数学公式计算获得温度值。
二、系统实现1.硬件设计(1)单片机电路设计单片机电路包括单片机STC89C52、晶振、电源电路等。
根据需要,选用合适的外部晶振进行时钟信号的驱动。
(2)AD转换电路设计AD转换电路采用了MCP3204芯片进行温度信号的转换。
根据芯片的datasheet,进行正确的连接和电路设计。
(3)LCD显示电路设计LCD显示电路主要由单片机的IO口控制,根据液晶显示模块的引脚定义,进行正确的连接和电路设计。
(4)温度采集电路设计温度采集电路由热敏电阻和合适的电阻组成,根据不同的热敏电阻特性曲线,选择合适的电阻和连接方式。
2.软件设计(1)初始化设置:单片机开机之后,需要进行一系列的初始化设置,包括对IO口、串口和LCD液晶显示屏的初始化设置。
基于非平衡电桥的热敏电阻数字温度计设计
基于非平衡电桥的热敏电阻数字温度计设计
热敏电阻数字温度计是一种基于热敏电阻的温度测量器,利用电流通过热敏电阻时产生的热量与温度之间的关系来测量环境的温度。
该温度计的工作原理基于非平衡电桥,通过调整电桥的偏置电压来测量热敏电阻的电阻值,从而得到温度信息。
热敏电阻的电阻值会随着温度的变化而变化,这种变化可以通过欧姆定律来表示。
设热敏电阻的电阻值为R,电压为V,电流为I,则有V=IR。
当电流I保持不变时,电压V随着热敏电阻的电阻值R发生变化,从而可以得到温度信息。
为了保证测量准确性,需要对电路进行校准。
校准过程中需要先将热敏电阻置于已知温度下,并记录下相应的电阻值。
再将热敏电阻置于待测温度下,并进行电阻值读数,通过比较已知温度下的电阻值和待测温度下的电阻值,可以得到温度信息。
为了方便读取温度信息,可以使用单片机等数字电路将电阻值转换为数字信号,并通过LCD显示器显示出来。
具体的实现过程需要根据具体的电路设计进行确定。
总之,基于非平衡电桥的热敏电阻数字温度计是一种精度高、可靠性好的温度测量器,可以广泛应用于各种场合。
课程设计 数字式热敏电阻温度计
数字式热敏电阻温度计一、热敏电阻温度转换的原理:热敏电阻是近年来发展起来的一种新型半导体感温元件。
由于它具有灵敏度高、体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点,因此应用非常广泛。
负系数热敏电阻热敏电阻与普通热电阻不同,它具有负的电阻温度特性,当温度升高时,电阻值减小,其特性曲线如下:热敏电阻的阻值---温度特性曲线是一条指数曲线,非线性度较大,因此在使用时要进行线性化处理,线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线,但比较复杂。
为此常在要求不高的一般应用中,作出在一定的温度范围内温度与阻值成线性关系的假定,以简化计算。
热敏电阻的应用是为了感知温度为此给热敏电阻以恒定的电流,测量电阻两端就得到一个电压,然后就可以通过下列公式求得温度:其中:T------被测温度------与热敏电阻特性有关的温度参数K-----与热敏电阻特性有关的系数------热敏电阻两端的电压根据这一公式,如能测得热敏电阻两端的电压,再知道参数和系数K,则可计算出热敏电阻的环境温度,也就是被测的温度。
这样就把电阻随温度的变化关系转化为电压温度变化的关系了。
数字式电阻温度计设计工作的主要内容,就是把热敏电阻两端电压值经A/D转换变成数字量,然后通过软件方法计算得到温度值,再进行显示等处理。
二、应用元件:1、热敏电阻RT串上一个普通电阻R再接电源+5V,取RT电压经送A/D转换器转换。
2、使用ADC0809进行A/D转换。
A/D转换器的任务是将输入的模拟信号电压转换为输出的数字量。
A/D转换的过程是首先对输入的模拟电压信号取样,然后进入保持时间。
在这段时间内将取样的电压量化为数字量,按一定的编码方式输出转换结果。
完成这样的一次转换后重新开始下一次取样,进行新一轮的转换。
ADC0809的转换启动信号(START)和地址锁存信号(ALE)连接在一起,由信号控制地址写入,进行通道的选择,按图中情况,通道的地址为4000H,转换后的数据以定时传送方式80C51,所以要运行一个100 的延时子程序,以等待A/D转换完成进行数据的读操作,为此口地址和RD信号相与后送OE,当有效时,转换数据送上数据总线,由80C51接收。
热电阻测温仪检测电路课程设计
热电阻测温仪检测电路课程设计热电阻测温仪是一种常见的温度测量设备,利用热电阻的电阻与温度之间的关系来实现温度的测量。
它具有简单、精度高、响应快等优点,广泛应用于工业、科研、医疗等领域。
本课程设计旨在设计一个基于热电阻测温仪的温度检测电路,并结合相关理论知识进行实验验证。
一、设计目标和原理设计目标:设计一个精度高、稳定可靠的温度检测电路,能够测量介于-50~150°C范围内的温度,并能够实时显示温度数值。
原理介绍:热电阻测温仪原理是基于热电阻元件的电阻与温度之间的关系。
常见的热电阻元件有铂电阻(PT100、PT1000)、镍电阻(Ni100、Ni1000)等,根据不同材料的特性,构造相应的测温电路。
二、硬件设计1.选择热电阻元件:根据设计要求选择合适的热电阻元件,如PT100。
2.连接方式:将热电阻元件与电路板连接,通常使用3线或4线制连接。
其中3线制只需两根导线来接电阻元件,电阻线与导线线头焊接;4线制需要四根导线,两根用来接电阻元件,另外两根用来进行电流的测量。
3.扩散电阻:由于热电阻元件尺寸较小,为增加灵敏度,并消除受周围温度影响,可以使用金属盖片等进行扩散,使得热电阻元件能够更好地感应温度。
4.制作电路板:根据电路设计,制作相应的电路板。
三、电路设计1. PT100测温电路设计:选用PT100作为测温元件。
将PT100连接至电路板上,通过电流源(如电阻)提供恒定的电流,测量电阻两端电压,进而计算出温度数值。
2.信号放大电路设计:由于PT100的电阻变化很小,为了提高检测精度,需要设计相应的信号放大电路对电压进行放大。
3.温度传感器接口设计:为了方便与其他设备的连接,设计一个温度传感器接口,以便输出温度信号。
四、软件编程1.采集和处理温度数据:利用单片机或其他开发板,编写相应的程序对温度信号进行采集和处理,包括滤波、线性化、单位换算等操作。
2.数字显示:将处理后的温度数值通过数字显示模块进行实时显示。
基于热敏电阻的数字温度计的设计-基于热敏电阻的数字温度计
毕业设计说明书毕业设计评阅书题目:基于热敏电阻的数字温度计设计信息系电气工程及其自动化专业姓名设计时间:2014年03月25日~2014年06月15日评阅意见:成绩:指导教师:(签字)职务:201年月日太原理工大学阳泉学院毕业设计答辩记录卡信息系电气工程及其自动化专业姓名答辩内容记录员:(签名)成绩评定注:评定成绩为100分制,指导教师为30%,答辩组为70%。
专业答辩组组长:(签名)201年月日摘要温度计量是计量学的一个重要分支,它在国民经济各领域中占有重要的地位。
人们的日常生活、工农业生产和科学实验等许多方面都与温度测量有着十分密切的关系。
1871年,西门子(Sir william Siemens)发现了铂电阻测温原理,制造出第一支铂电阻温度计。
1887年,卡伦德(Hugh Callendar)改进了铂电阻温度计的工艺和研制测温电桥并得到了著名的卡伦德公式。
之后,铂电阻温度计成为国际温标的标准仪器,并一直沿用至今。
本文在查阅、分析了现有的几种不同的测温原理,分析确定了热敏电阻测温,并对基于热敏电阻pt100的数字温度计的设计进行了深入探讨和研究。
该系统分为测温模块、信号放大模块、A/D转换模块和控制显示模块,并分别对其进行方案分析,最终确定数字温度计系统的系统构架和设计方案;在硬件电路中,详细阐述了各模块电路的工作原理,分析了以AT89C51单片机为主控单元的系统硬件和软件设计,并对该系统进行误差分析,使我们对于系统的各种性能有了进一步认识。
本文用protues进行仿真,采用at89c51单片机作为处理的核心部分;用pt100作为温度传感器,把采集到的温度经放大后送到adc0804进行A/D转换,经过at89c51单片机处理后送到显示器,显示器将显示采集的温度。
关键字:at89c51单片机,热敏电阻pt100,数码显示,protuesABSTRACTTemperature metrology, a major branch of metrology, plays an important role in every field of national economy . For example, people's daily life, industrial and agricultural production,scientific experiments and many other aspects are all connected closely to the temperature metrology. In 1871, Sir william Siemens discovered the principle of temperature measurement of platinum resistor and created the first platinum resistance thermometer in the world. , The platinum resistance thermometer technics was improved by Hugh Callendar in 1887 . At the same time he developed bridge for measuring temperature and made out the famous Callendar's formula. From then on Callendar's thermometer has been used as a standard instrument to international temperature scale.Based on the inspection, analysis of the existing several different measurement principle, the analysis determined the thermistor temperature measurement, and a digital thermometer pt100 thermistor-based design in-depth study and research. The temperature measurement system is divided into modules, the signal amplification module, A / D converter module and a control module, and its solutions were analyzed to determine the final design of the system architecture and digital thermometer system; hardware circuit, elaborated Each module circuit works, and analyzes to AT89C51 main control unit of the system hardware and software design and error analysis of the system, so that our systems for a variety of performance has been further understanding.In this paper, protues simulation, using at89c51 microcontroller as the core part of the process; using pt100 as a temperature sensor, the temperature of the collected adc0804 after amplification to the A / D conversion, after treatment at89c51 microcontroller to monitor, the display will show acquisition of temperature.Keywords: at89c51 microcontroller, thermistor pt100, digital display, protues目录第一章绪言 (1)第一节课题背景 (1)第二节国内外研究的发展及现状 (2)一、温度传感器的的概述及发展现状 (2)二、传感器检测技术概述及发展现状 (3)三、数据采集技术概述及发展现状 (5)第三节本课题研究的内容 (5)第二章系统的硬件设计 (6)第一节总体设计方案 (6)第二节单片机 (6)一、AT89C51简介 (6)二、管脚说明 (7)三、振荡器特性: (9)四、芯片擦除: (9)第三节温度传感模块 (9)一、PT100介绍 (9)二、PT100测温原理 (10)第四节模数转换模块 (10)一、A/D转换概念: (10)二、分辨率概念: (11)三、ADC0804引脚功能: (11)四、ADC0804工作过程 (12)五、A/D转换电路设计 (14)第五节放大模块 (15)一、Lm324简介 (15)二、Lm324放大电路设计 (16)第六节数码管显示模块 (16)一、LED显示原理 (16)二、LED显示器的显示方式 (18)第三章程序设计 (20)第一节程序流程图 (20)第二节程序设计 (21)一、函数声明和管脚定义 (21)二、启动AD转换子程序 ....................................................... 错误!未定义书签。
数字温度计课程设计
数字温度计课程设计一、引言本文档旨在设计一门名为“数字温度计”的课程,旨在教授学生如何设计并制作一个简单的数字温度计。
通过这门课程,学生将了解温度的概念、温度测量的原理,并通过实践操作来设计、制作和调试一个数字温度计原型。
二、课程大纲1. 课程简介在本节课中,我们将介绍本门课程的内容、目标和教学方法。
2. 温度的概念和单位这一节课中,我们将学习温度的基本概念,温度的不同单位以及它们之间的转换关系。
3. 温度测量的原理在本节课中,我们将讲解温度测量的一些基本原理,包括使用热敏电阻、红外线传感器和半导体温度传感器等。
4. 温度传感器的选择和使用这节课我们将学习如何选择合适的温度传感器,并了解它们的使用方法和注意事项。
5. 数字温度计的设计与制作在本节课中,我们将介绍数字温度计的基本原理和电路设计。
学生们将分组进行设计并制作一个数字温度计原型。
6. 数字温度计的调试和应用这节课中,学生需要将制作好的数字温度计原型进行调试,并学习如何将其应用到实际生活中。
7. 课程总结和展望在最后一节课中,我们将对整个课程进行总结,并展望学生们在将来可以进一步深入研究的方向。
三、教学方法本门课程采用以下教学方法:1.授课:教师将通过讲解的方式,将温度概念、温度测量原理等知识传达给学生。
2.实验:学生将参与到温度计设计与制作的实验中,通过实际操作来理解概念和原理。
3.小组讨论:学生将分组进行温度计设计的讨论和合作,提高团队合作和问题解决能力。
4.实际应用:学生将通过调试和应用数字温度计原型,加深对温度测量的理解和实践能力。
四、课程评估本门课程的评估主要分为以下几个方面:1.实验成果:学生根据实验设计制作的数字温度计原型的质量和完成情况。
2.调试和应用:学生能否成功调试数字温度计原型,并将其应用到实际生活中。
3.报告和展示:学生需要撰写相关实验报告,并进行课程展示,展示他们的学习成果和理解。
五、参考资料以下是一些参考资料,供学生们深入了解和学习:1.电子技术基础教程2.温度传感器原理与应用3.温度计原理与设计以上是对《数字温度计课程设计》的简要说明,希望这门课程能够为学生们提供实践操作和实际应用的机会,帮助他们更深入地理解温度测量的原理与方法,培养他们的实践能力和问题解决能力。
数字温度计的设计说明
实验六数字温度计的设计一、设计目的通过电子技术的综合设计,熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作容和具体的设计方法。
通过设计有助于复习、巩固以往的学习容,达到灵活应用的目的。
设计完成后在实验室进行自行安装、调试,从而加强学生的动手能力。
在该过程中培养从事设计工作的整体概念。
二、设计要求1、利用所学的知识,通过上网或到图书馆查阅资料,完成数字温度计的设计;要求写出实验原理,画出原理功能框图,描述其功能。
2、需采用单片机STC15W404AS、NTC热敏电阻、共阳数码管等元器件进行设计,试确定设计方案详细工作原理,计算出参数。
3、技术指标:1)温度围: 0 --- +100℃; 误差≤± 2 ℃;2)选择设计方案;3)根据设计方案分析设计原理及写出详细的硬件电路设计过程;方案概要本设计是利用NTC热敏电阻MF52E-10K(B=3950)1%精度,作为温度传感器,其输出的信号通过STC15W404AS部AD进行模数转换,然后STC15W404AS对该温度数据进行处理,并由一个4位一体共阳数码管显示显示温度值。
实验报告要求原理、计算等)1、根据设计要求确定数字温度计方案,并完成电路设计,分别说明设计方案、电路工作原理:2、完成电路连接并进行数字温度计测试:参考设计电路图1 参考电路图表1元器件清单图2 参考电路图表2元器件清单图3 数码管引脚图参考程序:******************************************/#define MAIN_Fosc 22118400L //定义主时钟#include "STC15Fxxxx.H"/****************************** 用户定义宏***********************************/#define Timer0_Reload (65536UL -(MAIN_Fosc / 1000)) //Timer 0 中断频率, 1000次/秒/*****************************************************************************/#define DIS_DOT 0x20#define DIS_BLACK 16#define DIS_ 17#define AD_Cha 2 //0-4通道/************* 本地常量声明**************/u8 code t_display[]={ //标准字库共阳// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,//black - H J K L N o P U t G Q r M y 0xff,0xBF,0x76,0x1E,0x70,0x38,0x37,0x5C,0x73,0x3E,0x78,0x3d,0x67,0x50,0x37,0x6e,0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x46}; //0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. -1/*u8 code t_display[]={ //标准字库// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,//black - H J K L N o P U t G Q r M y 0x00,0x40,0x76,0x1E,0x70,0x38,0x37,0x5C,0x73,0x3E,0x78,0x3d,0x67,0x50,0x37,0x6e, 0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF,0x46}; //0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. -1*/u8 code T_COM[]={0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F}; //位码/************* IO口定义**************/sbit P_HC595_SER = P4^0; //pin 14 SER data inputsbit P_HC595_RCLK = P5^4; //pin 12 RCLk store (latch) clocksbit P_HC595_SRCLK = P4^3; //pin 11 SRCLK Shift data clock/************* 本地变量声明**************/u8 LED8[8]; //显示缓冲u8 display_index; //显示位索引bit B_1ms; //1ms标志u8 offled;u16 msecond;/************* 本地函数声明**************/u16 get_temperature(u16 adc);u16 Get_ADC10bitResult(u8 channel); //channel = 0~7void Delayms(u16 dlayT);void DisplayScan(void);/**********************************************/void main(void){u8 i,k;u16 j;P0M1 = 0; P0M0 = 0; //设置为准双向口P1M1 = 0; P1M0 = 0; //设置为准双向口P2M1 = 0; P2M0 = 0; //设置为准双向口P3M1 = 0; P3M0 = 0; //设置为准双向口P4M1 = 0; P4M0 = 0; //设置为准双向口P5M1 = 0; P5M0 = 0; //设置为准双向口P6M1 = 0; P6M0 = 0; //设置为准双向口P7M1 = 0; P7M0 = 0; //设置为准双向口display_index = 4;offled = 0;P1ASF = 0x0F; //P1.0 P1.1 P1.2 P1.3做ADC ADC_CONTR = 0xE0; //90T, ADC power on CLK_DIV = CLK_DIV&0xDF; //CLK_DIV.5 ADRJ=0 AUXR = 0x80; //Timer0 set as 1T, 16 bits timer auto-reload, TH0 = (u8)(Timer0_Reload / 256);TL0 = (u8)(Timer0_Reload % 256);ET0 = 1; //Timer0 interrupt enableTR0 = 1; //Tiner0 runEA = 1; //打开总中断for(k=11;k>0;k--){for(i=0; i<4; i++) LED8[i] = k-1; //上电消隐Delayms(1000);}while(1){if(B_1ms) //1ms到{B_1ms = 0;if(++msecond >= 300) //300ms到{msecond = 0;j = Get_ADC10bitResult(AD_Cha); //参数0~7,查询方式做一次ADC, 返回值就是结果, == 1024 为错误//j = 768;if(j < 1024){LED8[0] = j / 1000; //显示ADC值LED8[1] = (j % 1000) / 100;LED8[2] = (j % 100) / 10;LED8[3] = j % 10;if(LED8[0] == 0) LED8[0] = 16;}else //错误{for(i=0; i<4; i++) LED8[i] = 14;}j = Get_ADC10bitResult(3); //参数0~7,查询方式做一次ADC, 返回值就是结果,== 1024 为错误j += Get_ADC10bitResult(3);j += Get_ADC10bitResult(3);j += Get_ADC10bitResult(3);if(j < 1024*4){LED8[0] = j / 1000; //显示ADC值LED8[1] = (j % 1000) / 100;LED8[2] = (j % 100) / 10;LED8[3] = j % 10;if(LED8[0] == 0) LED8[0] = DIS_BLACK;j = get_temperature(j); //计算温度值if(j >= 400) F0 = 0, j -= 400; //温度>= 0度else F0 = 1, j = 400 - j; //温度< 0度LED8[4] = j / 1000; //显示温度值LED8[5] = (j % 1000) / 100;LED8[6] = (j % 100) / 10 + DIS_DOT;LED8[7] = j % 10;if(LED8[4] == 0) LED8[4] = DIS_BLACK;if(F0) LED8[4] = DIS_; //显示-}else //错误{for(i=0; i<8; i++) LED8[i] = DIS_;}}}}}/**********************************************///========================================================================// 函数: u16 Get_ADC10bitResult(u8 channel)// 描述: 查询法读一次ADC结果.// 参数: channel: 选择要转换的ADC.// 返回: 10位ADC结果.// 版本: V1.0, 2012-10-22//======================================================================== u16 Get_ADC10bitResult(u8 channel) //channel = 0~7ADC_RESL = 0;ADC_CONTR = (ADC_CONTR & 0xe0) | 0x08 | channel; //start the ADCNOP(4);while((ADC_CONTR & 0x10) == 0) ; //wait for ADC finish ADC_CONTR &= ~0x10; //清除ADC结束标志return (((u16)ADC_RES << 2) | (ADC_RESL & 3));}// MF52E 10K at 25, B = 3950, ADC = 12 bitsu16 code temp_table[]={140, //;-40 0149, //;-39 1159, //;-38 2168, //;-37 3178, //;-36 4188, //;-35 5199, //;-34 6210, //;-33 7222, //;-32 8233, //;-31 9246, //;-30 10259, //;-29 11272, //;-28 12286, //;-27 13367, //;-22 18 385, //;-21 19 403, //;-20 20 423, //;-19 21 443, //;-18 22 464, //;-17 23 486, //;-16 24 509, //;-15 25 533, //;-14 26 558, //;-13 27 583, //;-12 28 610, //;-11 29 638, //;-10 30 667, //;-9 31 696, //;-8 32 727, //;-7 33 758, //;-6 34 791, //;-5 35 824, //;-4 36 858, //;-3 37 893, //;-2 38 929, //;-1 39 965, //;0 40 1003, //;1 41 1041, //;2 421243, //;7 47 1285, //;8 48 1328, //;9 49 1371, //;10 50 1414, //;11 51 1459, //;12 52 1503, //;13 53 1548, //;14 54 1593, //;15 55 1638, //;16 56 1684, //;17 57 1730, //;18 58 1775, //;19 59 1821, //;20 60 1867, //;21 61 1912, //;22 62 1958, //;23 63 2003, //;24 64 2048, //;25 65 2093, //;26 66 2137, //;27 67 2182, //;28 68 2225, //;29 69 2269, //;30 70 2312, //;31 712519, //;36 76 2559, //;37 77 2598, //;38 78 2637, //;39 79 2675, //;40 80 2712, //;41 81 2748, //;42 82 2784, //;43 83 2819, //;44 84 2853, //;45 85 2887, //;46 86 2920, //;47 87 2952, //;48 88 2984, //;49 89 3014, //;50 90 3044, //;51 91 3073, //;52 92 3102, //;53 93 3130, //;54 94 3157, //;55 95 3183, //;56 96 3209, //;57 97 3234, //;58 98 3259, //;59 99 3283, //;60 1003393, //;65 105 3413, //;66 106 3432, //;67 107 3452, //;68 108 3470, //;69 109 3488, //;70 110 3506, //;71 111 3523, //;72 112 3539, //;73 113 3555, //;74 114 3571, //;75 115 3586, //;76 116 3601, //;77 117 3615, //;78 118 3628, //;79 119 3642, //;80 120 3655, //;81 121 3667, //;82 122 3679, //;83 123 3691, //;84 124 3702, //;85 125 3714, //;86 126 3724, //;87 127 3735, //;88 128 3745, //;89 1293791, //;94 134 3799, //;95 135 3807, //;96 136 3815, //;97 137 3822, //;98 138 3830, //;99 139 3837, //;100 140 3844, //;101 141 3850, //;102 142 3857, //;103 143 3863, //;104 144 3869, //;105 145 3875, //;106 146 3881, //;107 147 3887, //;108 148 3892, //;109 149 3897, //;110 150 3902, //;111 151 3907, //;112 152 3912, //;113 153 3917, //;114 154 3921, //;115 155 3926, //;116 156 3930, //;117 157 3934, //;118 158};/******************** 计算温度***********************************************/ // 计算结果: 0对应-40.0度, 400对应0度, 625对应25.0度, 最大1600对应120.0度.// 为了通用, ADC输入为12bit的ADC值.// 电路和软件算法设计: Coody/**********************************************/#define D_SCALE 10 //结果放大倍数, 放大10倍就是保留一位小数u16 get_temperature(u16 adc){u16 code *p;u16 i;u8 j,k,min,max;adc = 4096 - adc; //Rt接地p = temp_table;if(adc < p[0]) return (0xfffe);if(adc > p[160]) return (0xffff);min = 0; //-40度max = 160; //120度for(j=0; j<5; j++) //对分查表{k = min / 2 + max / 2;if(adc <= p[k]) m ax = k;if(adc == p[min]) i = min * D_SCALE;else if(adc == p[max]) i = max * D_SCALE;else // min < temp < max{while(min <= max){min++;if(adc == p[min]) {i = min * D_SCALE; break;}else if(adc < p[min]){min--;i = p[min]; //minj = (adc - i) * D_SCALE / (p[min+1] - i);i = min;i *= D_SCALE;i += j;break;}}}return i;}void Delayms(u16 dlayT){u16 i,j;{_nop_();}}/********************** 显示扫描函数************************/void DisplayScan(void){u8 i;for(i=0;i<10;i++){P3=0xff;P1 = 0xff;}P3 = t_display[LED8[display_index]]; //输出段码P1 = T_COM[display_index]; //输出位码if(++display_index >= 8) display_index = 4; //8位结束回0}/********************** Timer0 1ms中断函数************************/ void timer0 (void) interrupt TIMER0_VECTOR{DisplayScan();//1ms扫描显示一位B_1ms = 1; //1ms标志}附件:1 、NTC热敏电阻原理及应用2、STC15Fxxxx.H程序头文件3、STC15.pdf单片机芯片资料(a 请仔细阅读第10章STC15系列A/D转换第863页b 第7章定时器/计数器第578页)4 、stc-isp-15xx-v6.80.exe程序烧写软件5、STC-ICE-VER2-chinese.DOC烧写软件使用说明书NTC热敏电阻原理及应用NTC热敏电阻是指具有负温度系数的热敏电阻。
数字体温计的设计
数字体温计的设计一、实验目的1.研究NTC热敏电阻的电学、热学性质。
2.利用NTC热敏电阻设计一个数字体温计,并评估其精度。
二、实验原理(一)NTC热敏电阻NTC是Negative Temperature Coefficient的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件,所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。
它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成的。
这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。
温度低时,这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少,所以其电阻值较高;随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低。
NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在102~106欧姆,温度系数-2%~-6.5%。
NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。
部分专业术语:1.(额定)测量功率P m(mW)热敏电阻在规定的环境温度下,阻体受测量电流加热引起的阻值变化相对于总的测量误差来说可以忽略不计时所消耗的功率。
一般阻值变化不应大于0.1%。
当热敏电阻受测量电流加热引起的阻值变化恰为0.1%时,对应的测量功率P m称为额定测量功率,其数值约在1mW左右,并与环境温度有关。
【根据图1所示的热敏电阻的尺寸、玻璃的热容量及导热系数等参数,可以估算出P m的大致数量级。
】2.零功率电阻值R T(Ω)R T指在温度T时,采用小于额定值的测量功率测得的电阻值。
3.额定零功率电阻值R25(Ω)根据国标规定,额定零功率电阻值是NTC热敏电阻在基准温度25℃时测得的电阻值R25,这个电阻值就是NTC热敏电阻的标称电阻值。
例如,实验室使用的NTC热敏电阻的阻值为10 k ,就是指该NTC热敏电阻的R25 = 10 kΩ。
4.材料常数(热敏指数)B(K)B值的定义式为:B=T1T2T2−T1ln R1R2图1 玻璃封装系列NTC热敏电阻T 1(K )、T 2(K )为指定的温度。
基于热敏电阻的温度计设计
Hefei University温度计设计报告基于热敏电阻的温度计设计引言热敏电阻是一种敏感元件,其特点是电阻随温度的变化而显著变化,因而能直接将温度的变化转换为电量的变化,也就是说能将温度信号转化为电信号,从而实现了非电量的测量。
热敏电阻一般是用半导体材料制成的温度系数范围约为:(-0.003~+0.6)/℃。
热敏电阻的温度系数有正有负,因此分成PTC热敏电阻和NTC热敏电阻两类。
NTC热敏电阻是以锰、钴、镍铜和铝等金属氧化物为主要原料,采用陶瓷工艺制成。
这些金属氧化物都具有半导体性质。
近年来还有用单晶半导体如碳化硅等材料制成的(国产型号 MF91~MF96)负温度系数热敏电阻器。
NTC热敏电阻做为温度传感器具有体积小,结构简单,灵敏度高,并且本身阻值大,一般在102~105之间,不需要考虑引线长度带来的误差,易于实现远距离测量和控制。
NTC热敏电阻的测温范围较宽,特别适用于-100~300℃之间的温度测量。
NTC热敏电阻在工作温度范围内,其阻值随温度增加而显著减小,大多用于测温和控温,可以制成流量计和功率等。
一、 实验原理1、负温度系数热敏电阻的温度特性统计理论指出,热敏电阻的电阻值与温度的关系为:Rt = A ·exp B /T ,其中A 、B —半导体有关的常熟(理论分析和实验结果表明,B 值随温度略有变化,但在一般工作温度范围内近似为常数;B 值越大,阻值随温度的变化越大); T 表示热力学温度。
t 表示摄氏温度,且T =273.15+t ;Rt —在摄氏温度为t 时的电阻值,随温度上升,其电阻值呈指数关系下降(如图一)。
图1 负温度系数热敏电阻的温度特性 图2 非平衡电桥 图3 热敏电阻温度计的温度与电流特性T2、非平衡电桥电桥是一种用比较法进行测量的仪器。
所谓非平衡电桥,是指在测量过程中电桥是不平衡的。
桥路上的电流不为零,桥路上的电路的大小与电源电压,桥臂电阻有关。
利用非平衡电桥进行测量时,应具体选定,除待测电阻外其他电阻的阻值以及电源电压,这样待测电阻Rt与桥路上的电流Ig 就有唯一对应的关系,确定Rt-Ig的关系的过程,即为非平衡电桥的定标。
基于PT100热敏电阻的数字温度计
嵌入式设计基于热敏电阻的数字温度计设计院(系)___________________专业__________________班级___________________指导老师____________________学生姓名____________________成绩___________________2015年7月10日第一章绪论 (1)第二章设计要求及构思 (1)2.1设计要求 (1)2.2设计构思 (2)第三章总体程序流程图 (3)第四章原理框图 (4)4.1PT100伯热电阻: (4)4.2信号放大电路 (4)4.4主芯片电路图 (6)4.5四位数码管 (7)第五章仿真电路图 (8)第六章心得体会 (10)参考文献 (11)附录程序代码 (12)第一章绪论随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入,温度作为一个重要的物理量,是工业生产过程中最普遍,最重要的工艺参数之一。
随着工业的不断发展,对温度的测量的要求也越来越高,而且测量的范围也越来越广,对温度的检测技术的要求也越来越高,因此,温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
目前温度计按测使用的温度计种类繁多,应用范围也比较广泛,大致可以包括以下儿种方法:1,利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2,利用热电效应技术制成的温度检测元件3,利用热阻效应技术制成的温度计4,利用热辐射原理制成的高温计5,利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。
温度测量模块主要为温度测量电桥,当温度发生变化时,电桥失去平衡,从而在电桥输出端有电压输出,但该电压很小。
将输出的微弱电压信号通过OP07放大,将放大后的信号输入AD转换芯片,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。
第二章设计要求及构思2.1设计要求1.系统硬件设计(1)使用热敏电阻PT100;(2)单片机采用MCS51系列;(3)LED数码管显示温度。
数字式热敏电阻温度计方案设计书
毕业论文设计数字式热敏电阻温度计设计班级:自动化1021姓名:陈晨学号:1003190123摘要温度作为一个重要的物理量,是工业生产过程中最普遍、最重要的工艺参数之一,所以温度测量技术和测量仪器的研究是一个重要的课题。
随着时代的进步和发展,单片机技术已经伸入到各个领域,基于单片机数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,其输出温度采用数字显示。
本设计是基于单片机的温度测试系统,采用热敏电阻搭建电桥,进行温度测试。
利用高精密仪表放大器PGA203对小信号进行放大,该芯片具有失调电压小,输入阻抗高,共模抑制比高等特点。
在进行模数转换是使用TLC4535将模拟信号转换为数字信号。
TLC4535是14位的串行AD,具有转换速率高,低功耗等特点。
51单片机作为主控制器件进行数据运算。
该系统能较好的对温度变化进行实时显示,达到了本设计的要求。
关键字:单片机仪表放大器串行AD 温度电桥目录第1章绪论1.1 课题背景 (1)1.2国内外测温状况 (1)1.3温度检测技术介绍 (3)第二章数字式热敏电阻温度计的设计方案2.1 方案一 (5)2.2 方案二 (5)2.3方案比较与选择 (6)第三章设计原理与结构3.1温度测量电桥结构及工作原理 (8)3.1.1温度电桥的介绍 (8)3.1.2电路工作原理 (9)3.1.3.电路分析 (10)3.2仪表放大器的结构及使用方法...................... 错误!未定义书签。
3.3.OP07的介绍及应用 (19)3.4. TLC3545的介绍及应用 (24)3.5单片机介绍........................................................3.6 LED显示器简介 (21)3.6.1 LED显示器结构 (21)3.6.2 LED显示器分类 (22)3.6.3 LED显示器的参数 (22)3.7 LED显示器工作原理 (22)3.8 键盘电路设计.....................................................3.8.1键盘的作用..................................................3.8.2键盘电路及其说明 (27)3.8.3 键盘的机械抖动 (27)第四章系统结构及工作原理4.1系统硬件原理图及相关说明 (28)4.1.1 基于80C51单片机及其外围电路的主机控制单元 (11)4.1.2 PGA203组成的仪表放大器 (16)4.1.3 TLC3545串行AD (24)4.1.4 LED数字显示及其驱动电路 (20)总结 (31)参考文献 (32)第1章绪论1.1课题背景“工欲善其事,必先利其器”,这是中国的一句古话,人们早就知道工具的重要性。
单片机课程设计 热敏电阻温度计
《单片机原理及应用》课程设计报告书课题名称热敏电阻温度计名姓号学专业指导教师机电与控制工程学院年月日任务书课程题目热敏电阻温度计热敏电阻是近年来发展起来的一种新型半导体感温元件,由于它具有灵敏度高,体积小,重量轻,热惯性小,寿命长,以及价格便宜等优点,因此应用非常广泛。
热敏电阻具有负的温度特性,当温度升高时,电阻值减小。
热敏电阻的阻值――温度特性曲线是一条指数曲线,非线性度较大,因此在使用时要进行线性化处理。
设计目的1.通过课程设计实践,树立正确的设计思想,培养综合运用专业课程和其他选修课程的理论与生产实际知识来分析和解决电子设计问题的能力。
2.学习电子设计的一般方法、步骤,掌握电子设计的一般规律。
3.进行电子设计基本技能的训练,培养查阅资料的技能、掌握Protel 2004的工作流程和调试方法。
4.学习掌握单片机设计原理和设计思路。
设计要求(1)测量温度为10~150℃;(2)温度误差不大于0.5%;(3)温度用4位数码管显示;以热敏电阻作为温度检测元件;(4).目录绪论 (1)1.实验原理 (2)2.电路实现 (4)2.1热敏电阻温度转换原理 (4)2.2原理图 (5)3.程序设计 (6)3.1温度计算程序 (6)3.2温度转换十进制程序 (7)3.3显示子程序 (9)4.总结 (12)5.参考文献 (14)绪论温度作为一个重要的物理量,是工业生产过程中最普遍、最重要的工艺参数之一,所以温度测量技术和测量仪器的研究是一个重要的课题。
随着时代的进步和发展,单片机技术已经伸入到各个领域,基于单片机数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范围广,其输出温度采用数字显示。
该课程设计仔细研究了有关公司开发的相关产品。
首先详细介绍了铂热电阻PT100,运算放大器LM324, AD0804芯片及单片机工作原理,在此基础上,设计了相应的硬件原理图及软件程序,实现了温度检测与显示环节。
一.实验原理测量部分可以采用热敏电阻,热电偶及温度传感器。
基于热敏电阻数字温度计课程设计
基于热敏电阻数字温度计课程设计单片机应用系统(三级)项目设计说明书(xx/xx学年第二学期)题目:基于热敏电阻的数字温度计 __ 专业班级:电子信息工程学生姓名:指导教师:设计周数:两周设计成绩: xx年X月X日目录 1实验设计目的 2 2系统软件设计 2 2.1软件总体流程设计 2 2.2系统设计及主要程序 3 2.2.1系统主函数 3 2.2.2汉显lcd12864 4 2.2.3时钟芯片DS1302 62.2.4ADC0832 11 2.3上位机设计及主要代码 14 2.3.1SerialPort 组件 14 2.3.2串口操作 15 2.3.3数据的接收 15 2.3.4保存数据与清空数据 17 3系统硬件电路设计 17 3.1恒温桥电路 17 3.2___放大电路 18 3.3A/D转换电路 18 3.4控制电路 19 3.5显示电路 20 4总结与展望 20 ___ 21 1实验设计目的随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入,温度作为一个重要的物理量,是工业生产过程中最普遍,最重要的工艺参数之一。
随着工业的不断发展,对温度的测量的要求也越来越高,而且测量的范围也越来越广,对温度的检测技术的要求也越来越高,因此,温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
本系统的温度测量采用的就是热阻效应。
温度测量模块主要为温度测量电桥,当温度发生变化时,电桥失去平衡,从而在电桥输出端有电压输出,但该电压很小。
将输出的微弱电压 ___通过OP07放大,将放大后的 ___输入AD转换芯片,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。
单片机显示模块电源模块测温模块 ___ 放大模块AD 转换模块图1-1系统框图 2系统软件设计 2.1软件总体流程设计软件设计采用c语言编程,运用模块化程序设计思想,对不同功能模块的程序进行分别编程,以便移植或调用,这样使软件层次结构清晰,有利于软件的调试修改。
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郑州轻工业学院传感器及应用系统课程设计说明书目录1 绪论 (1)2系统硬件电路设计 (3)2.1 测温电桥电路 (3)2.2 信号放大电路......…:::.•.•.:::.•.•.:::.• (6)2.3 AD 转换电路.............................-.::::::7 -2.4 控制电路.................................................. : ............ ::.•.•:•:::.•::::::..92:5声光报警电路..........................................2.6 显示电路 (11)2.7 电源电路..............................................3 系统软件设计 (15)4 总结与展望 .............................................. 参考文献............................................. ..…7 -郑州轻工业学院传感器及应用系统课程设计说明书1概述随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入,温度作为一个重要的物理量,是工业生产过程中最普遍,最重要的工艺参数之一。
随着工业的不断发展,对温度的测量的要求也越来越高,而且测量的范围也越来越广,对温度的检测技术的要求也越来越高,因此,温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
目前温度计按测使用的温度计种类繁多,应用范围也比较广泛,大致可以包括以下几种方法:1,利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2,利用热电效应技术制成的温度检测元件3,利用热阻效应技术制成的温度计4,利用热辐射原理制成的高温计5,利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。
温度测量模块主要为温度测量电桥,当温度发生变化时,电桥失去平衡,从而在电桥输出端有电压输出,但该电压很小。
将输出的微弱电压信号通过OP07放大,将放大后的信号输入AD转换芯片,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。
系统硬件原理图如图1—1图1—1系统框图系统硬件原理图如图1—1所示,由热电阻传感器测的外界温度,经过信号放大,然后送给模数转换,将原有的模拟信号转换为可以贝单片机识别和运算的数字信号,然后在通过软件编程通过显示电路显示出来当前所测得的温度。
它的各部分电路说明如下:(1) .测温模块:该部分电路主要使用测温电桥,当温度变化时,电桥处于不平衡状态,从而输出不平衡电压,为测温的基础。
(2) .信号处理部分:该部分电路包括电压信号的放大和AD转换,实现模数变换,以及硬件滤波。
(3) .单片机部分:AT89C51单片机系统是数字霍尔电流表的核心部分,主要任务有:控制TLC2543为其提供合适的时序,使其正常工作和采集模数转换后的数字信号,使用软件滤除干扰,并对数字信号进行计算,然后输出显示。
⑷.电源电路部分:该部分电路负责将输入的9V~12V直流电,分别转换为稳定的9V、5V、-9V 直流电,给传感器,放大电路,单片机,TLC2543等供电。
⑸.显示电路,声光报警电路:显示电路的作用是将测量的温度实时显示出来,当测量温度超过限定值时报警电路将发出声光进行报警。
2数字温度计系统硬件电路设计系统由五大部分组成:(1)测温电桥温量电路;(2)数据采集,滤波,放大, AD 转换电路;(3)单片机AT89C51控制及数据计算电路;(4)电源电路;(5) 温度实时显示电路和声光报警电路。
2.1测温电桥电路 本次课程设计的测温电路为测温电桥,测温电桥的主要部分是热敏电阻。
热敏电阻的主要特点是: ①灵敏度较高,其电阻温度系数 要比金属大10〜100倍以上,能 检测出10-6 C 的温度变化;② 工作温度范围 宽,常温器件适用于-55 C 〜315 C ,高温器件 适用温度高于315 C (目前最高可达到 2000 C ),低温器件适用于-273 C 〜55 C;③体积小, 能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度; ④使用方便,电阻值 可在0.1〜100k Q 间任意选择;⑤ 易加工成复杂的形状,可大批量生产; ⑥ 稳定性好、过 载能力强。
本次设计米用的是正 温度系数的热电阻PT1OQ 它是最常用的温度传感器 之一,与其他热敏电阻相比, 它的主要优点是测量精度 高(可精确到0.1摄氏度), 线性度好,测量范围广 (-200r 〜650C ),性能稳 定,使用方便,完全满足设 计要求,所以我最终选择铂 电阻PT1O0乍为传感器。
PT100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 r 范围内: Rt =R0 (1+At+B ) 在-200 〜0 r范围内: Rt =R0 (1+At+Bt+C (t-100)t 3) 式中A 、B 、C 为常数,其中 A=3.96847 X 10-3 B=-5.847 X 1Q-7C=-4.22 X10-12 图2-2电阻温度曲线图400 oPT1饲温度电阻曲线 00 3or o o20fc1-L afB I w 懐审00o00 J I5DDo00温3QG &00 780由于它的电阻一温度关系的线性度非常好,电阻温度曲线如图2-2所示,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+a T)其中a =0.00392, F为100Q在0C的电阻值),T为华氏温度。
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。
测温电路原理图如下图所示:VCC图3.2如上图所示,热敏电阻RT和RA1, RB1, RC1以及可变电阻R2组成一个测温电桥,在温度为20度时,调节R2使电桥达到平衡。
当温度升高时,热敏电阻的阻值变大,电桥失去平衡,电桥输出的不平衡电压,经过滤波后,输入运算放大器,进行放大处理。
电桥的分析:(1)电桥输出电乐:(—------------ 加气卡/?:见+比---------- , ----- w.{用+/?.)(肌+比)⑵电桥的平衡条件电桥灵敏度的分析:当各桥臂发生微小变化时,电桥失去平衡,其输出为:U -fc二----------------------------------------------- U』C. R+ A/?c+ R, 4 AR“ .1(氏[+ A J?+ I?+ NR1 \一般AR網小•即4R«K(艾电桥开始时平衡’即所以叭N g .弧J ■--------- (----------- +------------ )«.(R}+ R2) R, 见心肌实际使用屮*为了简化桥路设计•同时也为了得刘电桥的掘人灾毗度,往往収桥冊电肌相等,即艮二% = Z?厂血=R* 若:…二|也见|二卜尺」二 隠 半桥臥聲接在:u. * _ U '电桥电粘的朮敏度为屮/%故图1所示电路的灵敏度为3U0/4+2.2信号放大电路本次课程设计,放大模块采用的是 OP07放大集成电路。
OP07芯片是一种低 噪声,非斩波稳零的双极性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25卩V ,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 为土 2nA )和开环增益高(对 于OP07A 为300V/mV 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具有以下特点:超低偏移:150卩V 最大。
低输入偏置电流:1.8 nA 。
低失调电压漂移:0.5卩V/C 。
超稳定,时间:2卩V/month 最大 高电源电压范围: 土 3V 至土 22V OP07的引脚分布如下图所示:Offset Null 2 3Output NCOP07芯片引脚功能说明:1和8为偏置平衡(调零端),2为反向输入端,3为正向输入端,4接地,5空 脚6为输出,7接电源+。
Offset Null 1 Invert nj Input Non*:nwrtngOP07放大电路的电路原理图如下所示:Vo 血 5 阻-12 「 11 世£Res Pick2 60k如上图所示,将测温电桥的输出用差分的方式输入OP07放大60倍以获得合适的AD 输入电压2.3 AD 转换电路此次课程设计的AD 转换电路,负责将放大后的模拟电压信号转化为可供单片 机识别的数字信号。
主要采用TLC2543.TLC2543是TI 公司的12位串行模 数转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D 转换过程。
由于是串 行输入结构,能够节省51系列单片机I/O 资源;且价格适中,分辨 率较高,因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。
2TLC2543的特点:(1)12位分辩率A/D 转换器;2) 在工作温度范围内10卩s 转换时间; 3) 11个模拟输入通道;(4) 3路内置自测试方式; 5) 采样率为66kbps ;6) 线性误差土 1LSBmax ; 7) 有转换结束输出EOC; 8) 具有单、双极性输出;9) 可编程的MSB 或LSB 前导; 10) 可编程输出数据长度。
R1B Res feck210014 R1CJi Non in亦 OP07onTLC2543的引脚分布如下图所示:AIN0 [1U20]V CCAIN1 [219]EOCAIN2 [318]I/O CLOCKAIN3 [17]DATA INPUTAIN4 [516i DATA OUTAIN5 [615]CSAIN6 [14]REF +AIN7 [813]REF-AIN8 [912]AIN10GND [1011]AIN9引脚说明(1)电源引脚Vcc ,20 脚:正电源端,一般接+5V。
GND,10脚:地。
REF+,14脚:正基准电压端,一般接+5V。
REF-,13脚:负基准电压端,一般接地。
⑵控制引脚CS,15脚:片选端,由高到低有效,由外部输入。
E0C,19脚:转换结束端,向外部输出。
I/O CLOCK,18 脚:控制输入输出的时钟,由外部输入。
⑶模拟输入引脚AIN0〜AIN10 ,1〜9脚、11〜12脚:11 路模拟输入端,输入电压范围:0.3V 〜VCC+0.3V。
⑷控制字输入引脚DATA TN PUT,17 脚:控制字输入端,选择通道及输出数据格式的控制字由此输入。