基于PT100的温度测量系统设计-毕业论文

开题信息

摘要

根据要求设计一个基于STC12C5A60S2单片机处理,PT100为传感器的温度测量系统。

在本设计中,是以铂电阻PT100作为温度传感器,采用恒流测温的方法，通过单片机进行控制，以LM358作为信号放大,用ADC0832进行温度信号转换.利用3位共阳数码管作为温度显示。采用了两线制铂电阻温度测量电路,通过对电路的设计,减小了测量电路及PT100自身的误差，使温控精度在0℃~100℃范围内分辨率为1℃。本设计简单实用，具有外围电路简洁，可靠性高等优点。主要由电源电路,单片机复位电路，单片机晶振电路，，ADC0832转换电路，铂电阻PT100及3位共阳数码管组成系统,编写了相应的软件程序，使其实现温度的实时显示。

该系统的特点是：使用简便；测量精确、稳定、可靠；测量范围大；使用对象广。

目录

1 设计要求

1。1任务要求

2 系统方案设计

2.1总系统方案

2。1.1电源系统

2.1.2温度检测与处理

2.1。3模数转换

2。1.4温度显示

2。1。5信号放大部分

2.2系统方案图

3 硬件设计

3.1温度检测模块的设计

3.1.1PT100温度传感器简介

3.1.2温度检测及信号处理电路

3.2模数转换

3.2。1 ADC0809简介

3.2。2模数转换电路图

3.3 3位共阳数码管的显示电路的设计3。3.1 LED数码管编码

3.3.2 LED数码管显示方式选择

4 软件设计

4。1程序设计语言的选用

4.2软件程序的设计

4.2。1总体程序流程

4.2.2温度信号采集处理12

5 系统调试

结论

参考文献

附录A系统总电路图

附录B元件清单

附录C系统源程序

1 设计要求

1.1任务要求

单片机实现测量温度检测范围0~100 °C，分辨率1°C。

硬件要求；采用的温度传感器为PT100，单片机STC12C5A60S2

2 系统方案设计

2。1总系统方案

该设计由四部分组成：电源系统，温度检测与处理,模数转换，温度显示。测温的模拟电路是把当前PT100热电阻传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号后传给单片机STC12C5A60S2，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值，并将数据送出到数码管进行显示。另外，以实现温度的实时监控。包括温度信号采集单元，时间信号采集单元，单片机数据处理单元,温度显示单元。其中温度信号的数据采集单元部分包括温度传感器、温度信号的获取电路（采样)、放大电路、A/D转换电路。

2.1。1电源系统

电源为所有的电路供电，一个质量稳定的电源在系统中起到至关重要的作用。按设计要求选择了一个5V直流电源作为系统供电.

2。1.2温度检测与处理

根据导体电阻随温度而变化的规律来测量温度的温度计.最常用的电阻温度计都采用金属丝绕制成的感温元件，主要有铂电阻温度计和铜电阻温度计，在低温下还有碳、锗和铑铁电阻温度计。精密的铂电阻温度计是目前最精确的温度计，温度覆盖范围约为14～903K，其误差可低到万分之一摄氏度，它是能复现国际实用温标的基准温度计。我国还用一等和二等标准铂电阻温度计来传递温标,用它作标准来检定水银温度计和其他类型的温度计。分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠,已广泛应用。它的测量范围为-260℃至600℃左右。

2.1。3模数转换

模拟信号只有通过A/D转化为数字信号后才能用软件进行处理，这一切都是通过A/D转换器（ADC）来实现的。与模数转换相对应的是数模转换,数模转换是模数转换的逆过程，接下来本文将主要介绍几种模数转换的方法以及模数转换器的参数等。

2.1。4温度显示

当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮,以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字,那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c 不亮dp不亮.LED数码管有一般亮和超亮等不同之分,也有0.5寸、1寸等不同的尺寸.小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下,单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管.常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。

图2。1 系统方案图

2。1.5信号放大部分

结合实际设计考虑，放大部分采用了LM358运放。

LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合.

特性

内部频率补偿

直流电压增益高（约100dB）

单位增益频带宽（约1MHz)

电源电压范围宽：单电源（3-30V)

双电源(±1.5 一±15V）

压摆率（0.3V/us）

低功耗电流,适合于电池供电·低输入偏流

低输入失调电压和失调电流

共模输入电压范围宽,包括接地

差模输入电压范围宽,等于电源电压范围

输出电压摆幅大（0 至Vcc—1.5V）

图2。1 LM358示意图

3 硬件设计

3。1温度检测模块的设计

3。1。1PT100温度传感器简介

pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变.PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆.它的工作原理:当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆,它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线.

铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式:

—200〈t〈0℃ Rt=R0[1+At+Bt＊t+C（t-100)t*t＊t] （1）

0≤t<850℃ Rt=R0（1+At+Bt2） (2）