畢業(yè)設(shè)計(jì)---pt100熱電阻線性測(cè)溫裝置

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p>　　ABSTRACT4</p><p><b>　　1 概述5</b></p><p>　　1.1單片機(jī)的發(fā)展及在溫度測(cè)量中的應(yīng)用5</p><p

2、>　　1.2 溫度傳感器的發(fā)展和應(yīng)用5</p><p>　　1.2.1 溫度傳感器的分類6</p><p>　　1.2.2 溫度傳感器的發(fā)展6</p><p>　　1.3 鉑電阻在溫度測(cè)量中的應(yīng)用及存在問(wèn)題7</p><p>　　1.3.1 鉑電阻的非線性分析8</p><p>　　1.3.3 鉑電阻的

3、三線制接法8</p><p>　　1.3.2 鉑電阻非線性校正方法9</p><p>　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)11</p><p>　　2.1 硬件電路構(gòu)成11</p><p>　　2.2 微型計(jì)算機(jī)的選擇11</p><p>　　2.3 熱電阻的選擇12</p><p>　　2.4 熱電

4、阻測(cè)量及數(shù)據(jù)處理12</p><p>　　2.4.1 電阻測(cè)量原理及電路圖12</p><p>　　2.4.2 AD58014</p><p>　　2.5 放大單元16</p><p>　　2.5.1 OP0716</p><p>　　2.5.2 ICL765016</p><p>

5、　　2.5.3放大部分電路圖17</p><p>　　2.6 A/D轉(zhuǎn)換部分17</p><p>　　2.6.1 AD57417</p><p>　　2.6.2 AD574與89C51的接口電路19</p><p>　　2.7串口輸出單元19</p><p>　　2.7.1 MAX22019</p&g

6、t;<p>　　2.7.2 串行輸出電路20</p><p>　　2.8 LED選擇及顯示電路21</p><p>　　2.8.1 LED數(shù)碼管21</p><p>　　2.8.2 顯示接口電路22</p><p>　　2.9電源設(shè)計(jì)22</p><p>　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)23</p&g

7、t;<p>　　3.1主程序流程圖24</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序25</p><p>　　3.3 串行輸出子程序25</p><p>　　3.4 顯示子程序25</p><p><b>　　總結(jié)27</b></p><p><b>　　致謝2

8、8</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　附錄30</b></p><p>　　附錄1 電路整體原理圖30</p><p>　　附錄2. 程序31</p><p>　　Pt100熱電阻線性測(cè)溫裝置的研制<

9、;/p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　熱電阻具有測(cè)溫范圍大、穩(wěn)定性好和耐氧化等特點(diǎn)，在低溫測(cè)量中占有重要的地位。本文介紹了一種利用89C51單片機(jī)并采用熱電阻的線性溫度測(cè)量裝置。該裝置由AD580、標(biāo)準(zhǔn)電阻、放大器、AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、數(shù)碼顯示、串行輸出端口等組成。利用恒流源和12位A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)溫度測(cè)量電路，完全消除了傳統(tǒng)的不平衡電

10、橋的非線性誤差，減小熱電阻的接觸電阻和引線電阻對(duì)測(cè)量誤差的影響。在程序存儲(chǔ)器EPROM中存放電阻-溫度分度表，采用信號(hào)比較的方式求出高精度的熱電阻值，再根據(jù)熱電阻值的大小查線性表求取對(duì)應(yīng)的溫度值，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的線性化，大大減小了放大器溫漂和非線性的影響，并且實(shí)現(xiàn)了熱電阻全溫度范圍的溫度測(cè)量。該方法具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[1]。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 熱電阻；溫度測(cè)量；單片機(jī)；數(shù)

11、碼顯示；串行輸出；非線性；查表</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Thermal resistor is characterized by having large range of temperature measurement, stability and anti-oxidation etc .It is importan

12、t position in low temperature measurement. The paper introduces a linear temperature-measuring device based on platinum thermal resistor, using 89C51 single-chip microcomputer. The device consists of AD580, resistor, amp

13、lifier, AD converter, data sampling and processing system, digital play, serial output port and so on. [2]In order to eliminate non-linearity error </p><p>　　Keywords: thermal resistor, temperature measureme

14、nt,single-chip microcomputer,digital display,serial output,non-linear process, look-up reference table</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　溫度測(cè)量已是很成熟的技術(shù)，溫度敏感元件既有傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶、熱敏電阻等溫度傳感器，又有現(xiàn)代的集

15、成溫度傳感器、數(shù)字溫度傳感器，還有超高溫的光學(xué)溫度傳感器，其中熱電阻測(cè)溫方法以其測(cè)量范圍大、性能穩(wěn)定、高精度、高靈敏度、安裝使用方便等特點(diǎn)在中、低溫測(cè)量中占有重要的地位。但熱電阻輸出與溫度之間的非線性特性給精確測(cè)量帶來(lái)諸多不便。熱電阻測(cè)溫時(shí)信號(hào)處理常用的方法是采用橋式測(cè)量線路、熱電阻線性化處理等，其缺點(diǎn)是存在引線電阻。引線電阻隨溫度變化會(huì)產(chǎn)生附加誤差,線性化處理比較繁瑣且只能減少誤差，而正反饋法非線性也依然比較嚴(yán)重。</p>

16、<p>　　本文論述了一種基于Pt100的線性測(cè)溫裝置，該裝置在單片機(jī)的控制下，先精確測(cè)出熱電阻值Rt，在由Rt的值查熱電阻分度表得出溫度值，然后由串行端口輸出，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的線性化，且實(shí)現(xiàn)了熱電阻全溫度范圍的測(cè)量，并獲得了較高的測(cè)量精度。</p><p>　　1.1單片機(jī)的發(fā)展及在溫度測(cè)量中的應(yīng)用</p><p>　　單片機(jī)的應(yīng)用幾乎滲透到人類生活的每一個(gè)角落，對(duì)人類生

17、活在不知不覺(jué)中產(chǎn)生巨大的影響。計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)越來(lái)越多的參與到自動(dòng)控制領(lǐng)域，使各種控制儀表逐漸向智能化、集成化發(fā)展，出現(xiàn)了大批智能控制儀表，不但使過(guò)去以分立元件為主的自動(dòng)控制儀表被以智能元件為主的智能儀表所代替，而且性能上也有了大幅度的提高，可以實(shí)現(xiàn)直接的數(shù)字化輸出，與現(xiàn)場(chǎng)總線直接相連，實(shí)現(xiàn)真正的智能化、數(shù)字化、單元化，配合工業(yè)PC以及DCS系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮了極其重要的作用。單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，MCS-51

18、系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能，成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測(cè)控和自動(dòng)化工程應(yīng)用的主要市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。</p><p>　　溫度是工業(yè)控制中主要的被測(cè)對(duì)象之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對(duì)于不同場(chǎng)所、不同工藝、所需溫度高低、精度不同，則采用的測(cè)溫元件、測(cè)溫方法以及對(duì)溫度的控制方法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時(shí)效不同

19、，則對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，對(duì)溫度的控制方法多種多樣。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來(lái)越顯示其優(yōu)越性[3]。</p><p>　　1.2 溫度傳感器的發(fā)展和應(yīng)用</p><p>　　溫度參數(shù)是目前工業(yè)生產(chǎn)中最常用的生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)之一，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。實(shí)用的溫

20、度傳感器種類很多，但在工業(yè)部門多采用輻射溫度計(jì)及熱電偶。國(guó)外以輻射測(cè)溫為主(占2/3)，國(guó)內(nèi)則多采用熱電偶和熱電阻(占98%)。國(guó)外輻射溫度計(jì)的蓬勃發(fā)展對(duì)國(guó)內(nèi)影響很大，近幾年國(guó)內(nèi)輻射溫度計(jì)明顯呈上升趨勢(shì)。</p><p>　　1.2.1 溫度傳感器的分類 </p><p>　　溫度傳感器按傳感器與被測(cè)介質(zhì)的接觸方式可分為兩大類：一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器。&

21、lt;/p><p>　　接觸式溫度傳感器的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象要有良好的熱接觸，通過(guò)熱傳導(dǎo)及對(duì)流原理達(dá)到熱平衡，這時(shí)的示值即為被測(cè)對(duì)象的溫度。這種測(cè)溫方法精度比較高，并可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)的、熱容量比較小的及對(duì)感溫元件有腐蝕作用的對(duì)象，這種方法將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。 </p><p>　　非接觸測(cè)溫的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。此種測(cè)溫方法的主要特

22、點(diǎn)是可測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對(duì)象，也可測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。  </p><p>　　1.2.2 溫度傳感器的發(fā)展</p><p>　　溫度傳感器，使用范圍廣，數(shù)量多，居各種傳感器之首。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式想數(shù)字式、集成化向智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 </p><p>　　溫度傳感器的發(fā)展

23、大致經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：</p><p>　　a.傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器——熱電偶傳感器 </p><p>　　熱電偶傳感器是工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精度；測(cè)量范圍廣，可從-50~1600℃進(jìn)行連續(xù)測(cè)量,特殊的熱電偶如金鐵——鎳鉻，最低可測(cè)到-269℃，鎢——錸最高可達(dá)2800℃。 </p>

24、<p>　　b.模擬集成溫度傳感器 </p><p>　　集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問(wèn)世的，它將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出等功能。 </p><p>　　模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測(cè)量溫度）、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、

25、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。 </p><p>　　目前，光纖測(cè)溫技術(shù)主要有全輻射測(cè)溫法、單輻射測(cè)溫法、雙波長(zhǎng)測(cè)溫法及多波長(zhǎng)測(cè)溫等 。光纖技術(shù)的發(fā)展，為非接觸式測(cè)溫在生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了非常有利的條件。光纖測(cè)溫技術(shù)解決了許多熱電偶和常規(guī)紅外測(cè)溫儀無(wú)法解決的問(wèn)題。而在高溫領(lǐng)域，光纖測(cè)溫技術(shù)越來(lái)越顯示出強(qiáng)大的生命力。全輻射測(cè)溫法是測(cè)量全波段的輻射

26、能量而得到溫度，周圍背景的輻射、介質(zhì)吸收率的變化和輻射率εT的預(yù)測(cè)都會(huì)給測(cè)量帶來(lái)困難,因此難于實(shí)現(xiàn)較高的精度。單輻射測(cè)溫法所選波段越窄越好，可是帶寬過(guò)窄會(huì)使探測(cè)器接收的能量變得太小，從而影響其測(cè)量準(zhǔn)確度。多波長(zhǎng)輻射測(cè)溫法是一種很精確的方法，但工藝比較復(fù)雜，且造價(jià)高，推廣應(yīng)用有一定困難。雙波長(zhǎng)測(cè)溫法采用波長(zhǎng)窄帶比較技術(shù)，克服了上述方法的諸多不足，在非常惡劣的條件下，如有煙霧、灰塵、蒸汽和顆粒的環(huán)境中,目標(biāo)表面發(fā)射率變化的條件下，仍可獲得較

27、高的精度 </p><p>　　半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器是一種傳光型光纖溫度傳感器。所謂傳光型光纖溫度傳感器是指在光纖傳感系統(tǒng)中，光纖僅作為光波的傳輸通路，而利用其它如光學(xué)式或機(jī)械式的敏感元件來(lái)感受被測(cè)溫度的變化。這種類型主要使用數(shù)值孔徑和芯徑大的階躍型多模光纖。由于它利用光纖來(lái)傳輸信號(hào)，因此它也具有光纖傳感器的電絕緣、抗電磁干擾和安全防爆等優(yōu)點(diǎn)，適用于傳統(tǒng)傳感器所不能勝任的測(cè)量場(chǎng)所。在這類傳感器中，

28、半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器是研究得比較深入的一種。 </p><p>　　半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器由一個(gè)半導(dǎo)體吸收器、光纖、光發(fā)射器和包括光探測(cè)器的信號(hào)處理系統(tǒng)等組成。它體積小，靈敏度高，工作可靠，容易制作，而且沒(méi)有雜散光損耗。因此應(yīng)用于象高壓電力裝置中的溫度測(cè)量等一些特別場(chǎng)合中，是十分有價(jià)值的。 </p><p>　　c.智能溫度傳感器 </p>

29、;<p>　　智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、A/D傳感器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。 </p><p>

30、　　智能溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），并且可通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，即智能化取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。 </p><p>　　1).數(shù)字溫度傳感器。 </p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，溫度傳感器的種類日益繁多，數(shù)字溫度傳感器更因適用于各種微處理器接口組成的自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)具有可以克服模擬傳感器與微處理器接口時(shí)需要信

31、號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測(cè)溫計(jì)、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。其中，比較有代表性的數(shù)字溫度傳感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。 </p><p>　　2).智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢(shì) </p><p>　　(1)提高測(cè)溫精度和分辨力 </p><p>　　智能溫度

32、傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1℃。目前國(guó)外已相繼推出多種高速度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9～12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5～0.0625℃。</p><p>　　(2)增加測(cè)試功能 </p><p>　　溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC）,使其功能更加完善。D

33、S1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E*EPROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。另外，智能溫度傳感器正從單通道想多通道的方向發(fā)展，這為研制和開(kāi)發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。 </p><p>　　1.3 鉑電阻在溫度測(cè)量中的應(yīng)用及存在問(wèn)題[4，5]</p><p>　　熱電阻傳感器主要用于中低溫度(-200℃～+650℃或850℃)范圍的溫度測(cè)量。常用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

34、化熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。鉑電阻具有適用范圍廣、測(cè)量范圍大、穩(wěn)定性高、重復(fù)性好、價(jià)格低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，成為目前工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中溫度測(cè)量應(yīng)用最廣泛普遍的傳感元件之一。按準(zhǔn)確度等級(jí)，鉑電阻溫度計(jì)可分為標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和工業(yè)鉑電阻溫度計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)被ITS - 90 國(guó)際溫標(biāo)采用,作為1318033 K～961178 ℃溫域內(nèi)的內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器 。工業(yè)鉑電阻溫度計(jì)的使用溫度范圍是- 200～+ 850 ℃。在各種智能儀表中，對(duì)于鉑電阻

35、測(cè)溫，典型的用法是用不平衡電橋?qū)K電阻隨溫度變化的電信號(hào)輸出,再經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。其原理是應(yīng)用鉑電阻隨溫度變化阻值發(fā)生變化的測(cè)溫原理，將待測(cè)溫度量的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化，再進(jìn)一步通過(guò)電橋電路轉(zhuǎn)換為電量的變化。但是其阻值與溫度之間的關(guān)系為非線性特性，因而為了保證一定的測(cè)量準(zhǔn)確度，在實(shí)際使用中應(yīng)進(jìn)行線性化處理。另外，傳感器到測(cè)量?jī)x表之間的引線電阻處理不當(dāng)將帶來(lái)測(cè)量誤差。當(dāng)被測(cè)溫度點(diǎn)可能遠(yuǎn)離測(cè)量?jī)x器所處的控制室，從現(xiàn)場(chǎng)到控

36、制室引線所經(jīng)受的環(huán)境溫度影</p><p>　　1.3.1 鉑電阻的非線性分析[6，7]</p><p>　　按照國(guó)際電工委員會(huì)的鉑熱電阻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鉑電阻Pt100在0～650 ℃范圍內(nèi)的符合ITS - 90 的國(guó)際分度表函數(shù)R ( t) 可用下式表示：</p><p>　　Rt = R0 (1 + A t + Bt2) 　　　　　　　　　 （1-1）<

37、/p><p>　　其中Rt , R0 分別是t ℃和0 ℃時(shí)的鉑電阻阻值, A = 3. 90802 ×10-3 ℃1 , B = -5. 80195 ×10-7℃2 。</p><p>　　該分度函數(shù)的特點(diǎn)是溫度覆蓋范圍廣、精度高,但隨著溫度的升高,鉑電阻的非線性越來(lái)越嚴(yán)重. 可見(jiàn),在0 ℃～650 ℃測(cè)溫范圍內(nèi)存在非線性項(xiàng)Bt2 ,且為負(fù)值,因而電阻的變化率隨著溫度的升

38、高而下降。 電阻隨溫度變化的斜率為：</p><p>　　d Rt/d t= R0 ( A + 2 Bt)　　　　　　　　　 （1-2）</p><p><b>　　斜率的變化為：</b></p><p>　　d2 Rt/d t2 = 2 R0 B = - 2 ×100 ×5. 80195 ×10-7≈- 1

39、. 2 ×10-4 (Ω/ ℃2)　　　　 （1-3）</p><p>　　可同Pt100溫度斜率的變化率隨溫度的升高以- 1. 2 ×10 - 4Ω/ ℃2 的速率下降,是單調(diào)上凸特性,如圖所示。</p><p>　　圖1-2 鉑電阻的非線性特性曲線</p><p>　　上圖中曲線①為Pt100特性曲線,曲線②為線性化的理想直線。設(shè)被測(cè)溫度范

40、圍為：0℃～800℃，則曲線2是以曲線1的0℃與800℃作為起點(diǎn)與終點(diǎn)所連的直線段, 即線性化的理想電阻—溫度特性。如不進(jìn)行非線性校正, 非線性誤差在曲線1與2相交中點(diǎn)處（400℃）以最大值出現(xiàn)，即</p><p>　　σmax=R0(1+400A+4002B)-[(400/800)(R800- R0) + R0]　　　　　 （1-4）</p><p>　　在曲線1 和曲線2 相交兩

41、點(diǎn)的中間處, 即t=400℃時(shí)鉑電阻的非線性誤差最大,代入上式可得：σmax =5.815 Ω, 5.815 Ω的變化量相當(dāng)于Pt100 鉑電阻在16℃左右的變化量, 即在0℃~800℃的測(cè)溫范圍內(nèi), 最大非線性誤差可達(dá)2%左右, 相當(dāng)可觀。因此, 在測(cè)溫儀表中必須對(duì)非線性化問(wèn)題進(jìn)行線性化處理。</p><p>　　1.3.3 鉑電阻的三線制接法 </p><p>　　四線制鉑電阻測(cè)溫當(dāng)然

42、是消除引線影響的最佳方案,但對(duì)多路測(cè)溫而言成本太高,工業(yè)上一般采用折衷的三線制鉑電阻測(cè)溫方案[8]。</p><p>　　三線制接法補(bǔ)償即將連接熱電阻的兩根導(dǎo)線分別置于兩個(gè)橋臂中，當(dāng)環(huán)境溫度變化而使導(dǎo)線電阻值改變時(shí)它的影響得到抑制。由于每一路可減少一根導(dǎo)線，且對(duì)電路參數(shù)的調(diào)試要求不高，補(bǔ)償了環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量的影響，而測(cè)量電路所用的均為普通器件。</p><p>　　由電路知：　　　　　　　　

43、　　　 （1-5）</p><p>　　圖1-3 鉑電阻的三線制接法</p><p>　　式中： Rt為溫度t時(shí)鉑電阻阻值； RB為初始溫度t0時(shí)鉑電阻阻值, RB=Rt0,rt為鉑電阻引線電阻。</p><p>　　當(dāng)rt因環(huán)境影響變?yōu)閞t1時(shí)有： </p><p><b>　　（1-6 ）&

44、lt;/b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　以長(zhǎng)100m、截面為1mm2銅導(dǎo)線為例，其電阻為。若引線所處環(huán)境溫度在20℃基礎(chǔ)上變化±20℃（平均值）則有：</p><p>　　= （1-8）</p><p>　　式中：為銅電阻品均溫度系數(shù)。&

45、lt;/p><p>　　顯然不論用硬件還是軟件線性化處理, 鉑電阻引線與環(huán)境溫度變化帶來(lái)的影響使不平衡電橋電路無(wú)法滿足高精度測(cè)溫要求。因此，本設(shè)計(jì)提出了相似的恒流源電阻/電壓轉(zhuǎn)換三線制鉑電阻測(cè)量電路。這在后面作詳細(xì)敘述。</p><p>　　1.3.2 鉑電阻非線性校正方法</p><p>　　硬件校正法就是構(gòu)造一網(wǎng)絡(luò)使輸出信號(hào)是溫度的線性函數(shù)。如果將輸出電壓一部分反饋

46、回來(lái), 使供電電流增加, 就能有效地提高輸出電壓, 使之對(duì)溫度變化呈線性關(guān)系, 顯然對(duì)于鉑電阻, 必須是正反饋, 即正反饋法校正鉑電阻非線性[9，10]。</p><p>　　圖1-4 有源線性電橋</p><p>　　具體形式一般是對(duì)不平衡單臂電橋的橋臂引入正反饋,如圖1-4 為一有源單臂電橋。</p><p>　　正反饋的引入有兩種方式, 第一種方式是將與輸出成

47、反比的信號(hào)引入到橋臂a 點(diǎn), 而形成正反饋, 如圖1-5(a)所示電路。</p><p>　　第二種方式是將與輸出成正比的信號(hào)引入到橋臂b 點(diǎn)而形成正反饋, 如圖1-5(b)所示。</p><p>　　必須指出, 對(duì)圖a與圖b電路各參數(shù)值設(shè)計(jì)要求很嚴(yán)格, 反饋量的輕微變化對(duì)其輸出的影響就會(huì)很大, 且很易發(fā)生自激而影響正常測(cè)量。</p><p><b>　　

48、(b)</b></p><p>　　圖1-5 加入正反饋的電路</p><p>　　在使用微機(jī)場(chǎng)合, 用軟件方法對(duì)鉑電阻進(jìn)行非線性校正不但節(jié)省大量的硬件開(kāi)支, 使側(cè)量電路簡(jiǎn)單, 而且精度也可提高。</p><p>　　線性插值法就是把非線性函數(shù)紅幻的曲線分成若干段, 然后把相鄰兩段用直線連結(jié)起來(lái), 用此直線代替相應(yīng)曲線。線性插值法按插值基點(diǎn)選取方法不同分

49、為兩種等距離分段法和非等距離分段法。</p><p><b>　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 硬件電路構(gòu)成</p><p>　　硬件電路由信號(hào)處理單元、放大單元、數(shù)據(jù)采集及處理單元、串行輸出單元、電源電路等組成。</p><p>　　系統(tǒng)組成框圖如下圖1所示：</p><p&g

50、t;　　圖2-1硬件組成原理方框圖</p><p>　　2.2 微型計(jì)算機(jī)的選擇 </p><p>　　本系統(tǒng)選用AT89C51作為CPU。AT89C51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)4KB快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器的8位CMOS微控制器，其內(nèi)部有4 KB的EEPROM,。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案.。三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定、128*8位內(nèi)部R

51、AM、32可編程I/O線、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。利用89C51串行輸出工作方式，使89C51的利用率大大提高，外部電路得以簡(jiǎn)化。89C51可直接與鍵盤進(jìn)行掃描讀數(shù)，可直接用串/并行轉(zhuǎn)換模塊74LS164驅(qū)動(dòng)LED顯示溫度值。因其利用率高，負(fù)載重，后向電路只需加一塊通向驅(qū)動(dòng)器即可正常工作。在串行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，頻率可達(dá)到1MHz,對(duì)溫度的顯示完全達(dá)到測(cè)控精度要求。與

52、MCS -51微控制器產(chǎn)品系列兼容,使用高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造，存儲(chǔ)器可循環(huán)寫(xiě)入/擦除1000次。AT89C51的引腳與8031相同。因此，不需要擴(kuò)展即能滿足要求[11]。</p><p>　　2.3 熱電阻的選擇</p><p>　　熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化而變化的原理制成的。鉑雖屬貴重金屬但具有耐高溫、使用壽命長(zhǎng)，溫度靈敏度高，對(duì)溫度變化反應(yīng)速度快，同

53、時(shí)電阻溫度特性好，便于分度和讀數(shù)等特點(diǎn)因此采用鉑熱電阻作為溫度測(cè)量元件,其型號(hào)為Pt100 ,測(cè)量范圍為- 200～ + 650 ℃。Pt100 型鉑熱電阻在0 ℃時(shí)的阻值為100Ω ,200 ℃時(shí)的阻值在170Ω 左右。</p><p>　　2.4 熱電阻測(cè)量及數(shù)據(jù)處理</p><p>　　測(cè)量電路由熱電阻Rt、AD580、標(biāo)準(zhǔn)電阻R1、多路模擬開(kāi)關(guān)U1 和U2等組成。圖中r是熱電阻引線

54、等效電阻。標(biāo)準(zhǔn)電阻R1用錳銅絲繞制而成，性能穩(wěn)定。</p><p>　　溫度的測(cè)量和控制主要取決于溫度測(cè)量精度，因此，為了保證精度，從硬件采用了三個(gè)方面的措施：第一，測(cè)量中傳感器的連接采用新的三線制方法，補(bǔ)償由導(dǎo)線引起的誤差；第二，選用高精度低漂移運(yùn)算放大器OP07作為運(yùn)算放大的電路，第三，測(cè)量電路采用恒流源供電。</p><p>　　AD580用作標(biāo)準(zhǔn)電流源，其輸出電流I經(jīng)多路模擬開(kāi)關(guān)U

55、1分別由四個(gè)支路輸出，在R1上形成標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)電壓信號(hào)U01、在熱電阻R1上形成輸入信號(hào)U02，在引線電阻2r上形成引線電阻補(bǔ)償信號(hào)U03，在接地線上形成零點(diǎn)校正信號(hào)U04。為了提高測(cè)量精度，電路設(shè)計(jì)時(shí)讓四個(gè)支路負(fù)載電阻盡量相同。熱電阻采用三線制連接，三條引線敷設(shè)環(huán)境和長(zhǎng)度相同。如圖2-3所示[12]。</p><p>　　2.4.1 電阻測(cè)量原理及電路圖</p><p>　　圖2-2　測(cè)量原

56、理圖</p><p>　　見(jiàn)圖2-2， U1 、U2為多路模擬開(kāi)關(guān)，I、R0、R1、A、AD分別為標(biāo)準(zhǔn)電流、被測(cè)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電阻、放大器、AD轉(zhuǎn)換器，U01、U02分別為標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)電壓信號(hào)和被測(cè)電壓信號(hào)，設(shè)定一應(yīng)的AD采樣值分別為S1、S2, U01和U02由電流源I流過(guò)電阻R1和R0支路獲得，U01用于對(duì)放大器和采樣通道校準(zhǔn)。在單片機(jī)控制下， U1 和U2的通道IN1導(dǎo)通時(shí)，有</p><p&g

57、t;<b>　　（2-1）</b></p><p>　　上式中為采樣時(shí)放大轉(zhuǎn)換通道的等效轉(zhuǎn)換系數(shù)。當(dāng)U1 和U2的通道IN0導(dǎo)通時(shí)，有 </p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　上式中為采樣時(shí)放大轉(zhuǎn)換通道的等效轉(zhuǎn)換系數(shù)。將式（2-2）與式（2-1）比較，有</p><p&g

58、t;<b>　?。?-3）</b></p><p>　　因?yàn)橛幸粋€(gè)測(cè)量周期是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，所以，可以認(rèn)為，則式（2-3）為 （2-4）</p><p>　　整理的被測(cè)電阻為 </p><p><

59、b>　　（2-5）</b></p><p>　　由式（2-4）、（2-5）可見(jiàn)，由于采用了與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)采樣值比較的方法，且數(shù)據(jù)采集周期極短，使得被測(cè)電阻值與標(biāo)準(zhǔn)電阻R1、標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)信號(hào)的采樣值S1、被測(cè)信號(hào)的采樣值S2有關(guān)，與電流源無(wú)關(guān)，大大減小了反放大采樣通道的放大倍數(shù)、零點(diǎn)漂移和非線性的影響，因此，提高了測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)了電阻值的精確測(cè)量，測(cè)量精度主要取決于AD轉(zhuǎn)換器的分辨率。</p>

60、<p>　　見(jiàn)圖2-3設(shè)S3、S4分別為U03、U04的采樣值，則由式（2-5）可得熱電阻和引線電阻分別為</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　將式（7）代入式（6）并整理得熱電阻為</p><p><

61、;b>　　(2-8)</b></p><p>　　上式既是本裝置計(jì)算熱電阻的基本關(guān)系式。數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)在單片機(jī)控制下完成數(shù)據(jù)采集后，即按上式計(jì)算熱電阻值，然后查分度表求出溫度值輸出和顯示。式中R1=390.48Ω，溫度值精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，兩溫度點(diǎn)之間按線性內(nèi)插計(jì)算參考溫度。實(shí)際計(jì)算時(shí)S1、S2、S3先減去零點(diǎn)校正值S4后，再代入式（8）計(jì)算熱電阻值[13]。</p><

62、p>　　圖2-3 熱電阻測(cè)量電路</p><p>　　表1 邏輯控制功能表</p><p>　　2.4.2 AD580 </p><p>　　AD580是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成三端高精度2.5V參考源，輸入電壓在4.5-30V之間時(shí)，參考輸出均為2.5V[14]。</p><p>　　圖2-4 AD580的原理電路</p&

63、gt;<p>　　設(shè)Q1的be結(jié)電壓為Vbe1,Q2的be結(jié)電壓為Vbe2，Ic1=Ic2n,則有</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=

64、 （2-9）</p><p>　　得 （2-10）</p><p>　　式中k和q為物理常數(shù)，T為絕對(duì)溫變。由上式顯見(jiàn):第一項(xiàng)為晶體管的Vbe，為負(fù)溫度系數(shù)，第二項(xiàng)T為絕對(duì)溫度，其他為常數(shù)，故第二項(xiàng)為正溫度系數(shù)。理論上當(dāng)Vr為1.205V時(shí)，正負(fù)溫度系數(shù)

65、相等，總的溫度系數(shù)為零，從而得到零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓。再通過(guò)緩</p><p>　　沖放大器及電阻R3、R4，便可得到要求的基準(zhǔn)電壓值。</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　圖2-5 AD580電流與工作電壓特性曲線圖 圖2-6 AD580用作電流源</p><p&g

66、t;　　AD580也可以用作電流源使用，本裝置中AD580作標(biāo)準(zhǔn)恒流源。如圖2-6所示[15]。</p><p><b>　　2.5 放大單元</b></p><p>　　放大單元由運(yùn)算放大器IC1-IC3等組成見(jiàn)圖。因輸入信號(hào)由AD580輸出電流I轉(zhuǎn)換而成，因此要用高輸入阻抗放大器。為了提高輸入阻抗和減小零點(diǎn)漂移的影響，放大器第一級(jí)是跟蹤器，第一級(jí)和第二級(jí)的IC1、

67、IC2選用斬波穩(wěn)零式高精度運(yùn)算放大器ICL7650 ，第三級(jí)選用OP07。</p><p>　　2.5.1 OP07</p><p>　　OP07是一種高精度單片運(yùn)算低失調(diào)放大器，具有很低的輸入失調(diào)電壓和漂移。OP07采用超高工藝和齊納微調(diào)技術(shù)，使其溫漂很小，廣泛用于精密加法，檢波，微弱信號(hào)精密放大。其要求雙電源供電，使用溫度范圍0～70℃。使用OP07一般不用考慮調(diào)零和頻率問(wèn)題就能滿足要

68、求。如要調(diào)零，可采用調(diào)零電位器調(diào)整，阻值可選200Ω。引腳圖如圖2-7。</p><p>　　圖2-7 OP07引腳圖</p><p>　　2.5.2 ICL7650</p><p>　　ICL7650是Intersil公司利用動(dòng)態(tài)校零技術(shù)和CMOS工藝制作的斬波穩(wěn)零式高精度運(yùn)放。動(dòng)態(tài)校零技術(shù) 消除了CMOS器件固有的失調(diào)和漂移，從而擺脫了傳統(tǒng)斬波穩(wěn)零電路的束縛，克

69、服了傳統(tǒng)斬波穩(wěn)零放大器的這些缺點(diǎn)。它具有輸入偏置電流小、失調(diào)小、增益高、共模抑制能力強(qiáng)、響應(yīng)快、漂移低、性能穩(wěn)定及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，常常被用在熱電偶、電阻應(yīng)變電橋、電荷傳感器等測(cè)量微弱信號(hào)的前置放大器中。</p><p>　　ICL7650采用14腳雙列直插式和8腳金屬殼兩種封裝形式。</p><p>　　圖2-8 ICL765014引腳引腳圖</p><p>　　2

70、.5.3放大部分電路圖</p><p>　　圖2-9 放大電路圖</p><p>　　2.6 A/D轉(zhuǎn)換部分</p><p>　　2.6.1 AD574</p><p>　　為了保證合理的采樣率,模- 數(shù)轉(zhuǎn)換器可選用逐次比較式模- 數(shù)轉(zhuǎn)換器，在本系統(tǒng)中選用的是AD574。它是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的12 位逐次逼近型快速的A /D 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換

71、速度最大為25µS, 轉(zhuǎn)換精度≤0.05% , 是目前我國(guó)市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛、價(jià)格適中的A /D 轉(zhuǎn)換器。主機(jī)可以采用中斷、查詢或延時(shí)方式讀取AD574的轉(zhuǎn)換結(jié)果值。由于AD574 片內(nèi)包含高精度的參考電壓源和時(shí)鐘電路, 這使它在不需要任何外部電路和時(shí)鐘信號(hào)的情況下完成一切A/D 轉(zhuǎn)換功能, 應(yīng)用非常方便。</p><p>　　1)AD574的主要特性</p><p>　　①內(nèi)設(shè)高

72、精度的參考電壓（10V），只需外界一個(gè)適當(dāng)電阻便可向DAC部分的解碼網(wǎng)絡(luò)提供IREF電流，轉(zhuǎn)換操作所需的時(shí)鐘信號(hào)亦由內(nèi)部提供，不需任何外接元器件。</p><p>　?、谀M信號(hào)的輸入為單端通道，設(shè)有外接補(bǔ)償電路引腳，以糾正ADC的補(bǔ)償誤差。其輸入兩成為10V和20V兩檔，供用戶選擇。在滿刻度范圍內(nèi)無(wú)誤碼。</p><p>　　③利用不同的控制信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)高精度的12位變換，又可作快速的

73、8位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)有兩種讀出方式：12位一次讀出；分8位、4位兩次讀出，先讀高8位，再讀低4位，由A0位的狀態(tài)分別控制讀取高8位或低4位。設(shè)有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與各種類型的8 位或16 位微處理器連接，而無(wú)需附加邏輯接口電路, 且能與CMOS 及TTL 電平兼容。</p><p>　　④需三組電源：+5V、+12V～+15V和-15V～-12V。由于精度高，所需電源必須有良好的穩(wěn)定性，并加以充分濾波，以防

74、止高頻噪音的干擾。</p><p>　　⑤輸入模擬信號(hào)：?jiǎn)螛O性時(shí)為0～+10V或0～+20V；雙極性時(shí)為±5V或±10V范圍。</p><p>　?、薜凸模?90mW。</p><p>　　2) AD574的引腳配置如圖2-10：</p><p>　　圖2-10 AD574引腳圖</p><p>

75、　?。浩x信號(hào)端。低電平有效。</p><p>　　CE：允許信號(hào)端。高電平有效?？捎米?031的WR和RD相與非后接CE，以確保AD574A在被啟動(dòng)變換或讀出變換結(jié)果的操作時(shí)，CE有效。</p><p>　　R/C ：讀/變換，高為讀A/D變換結(jié)果，低為啟動(dòng)A/D變換。</p><p>　?。簲?shù)據(jù)格式，高為12位并行輸出，低為8位(或4位)并行輸出。本設(shè)計(jì)令其接地

76、。</p><p>　　A0 ：字節(jié)地址/短周期，高為8位變換/輸出低4位，低為12位變換/輸出高8位。</p><p>　　STS ：變換狀態(tài)，高為正在變換，低為變換結(jié)束。STS總共有三種接法：(1)空著：只能在啟動(dòng)變換25 s以后讀A/D結(jié)果；(2)接靜態(tài)端口線：可用查詢方法，待STS為低后再讀A/D變換結(jié)果；(3)接外部中斷線：可引起中斷后，讀A/D變換結(jié)果。本設(shè)計(jì)夸其接P1．0。&

77、lt;/p><p>　　REFIN ：基準(zhǔn)輸入。</p><p>　　REFOUT ：基準(zhǔn)輸出。</p><p>　　BIP OFF ：雙極性方式時(shí)，偏置電壓輸入。</p><p>　　DBII～DB0：12位數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　10VSPAN ：?jiǎn)螛O性0～10 V模擬量輸入；雙極性0～ ±5 V模擬

78、量輸入。</p><p><b>　　DC：模擬量輸入。</b></p><p>　　20VSPAN ：?jiǎn)螛O性0～20 V模擬量輸入；雙極性0～ ±10 V模擬量輸入</p><p><b>　　AC ：模擬地。</b></p><p><b>　　AC ：模擬地．</b&

79、gt;</p><p>　　表2 控制信號(hào)、CE、、和的組合功能如下： </p><p>　　2.6.2 AD574與89C51的接口電路</p><p>　　該電路采用單極性輸入方式, 可對(duì)0～10V或0～20V模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位從D11～D4 輸出,低4 位從D3～D0 輸出,并且直接和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。轉(zhuǎn)換遵循左對(duì)齊原則,D3～D0 應(yīng)接單

80、片機(jī)數(shù)據(jù)總線的高半字節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)A /D 轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀出, AD574 的片選信號(hào)CS 由地址總線的P1.2提供, 在讀寫(xiě)時(shí),A1 應(yīng)設(shè)置為低電平。AD574 的CE 信號(hào)由單片機(jī)的WR 和RD 經(jīng)一級(jí)或非門產(chǎn)生。R /C 則由P1.0提供。輸出狀態(tài)信號(hào)STS 接到P3. 2 端可供單片機(jī)查詢判斷A / D 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。AD574 的A0由地址總線的P1.1控制,可用于實(shí)現(xiàn)全12 位轉(zhuǎn)換,并將12 位數(shù)據(jù)分兩次送入數(shù)據(jù)總線[

81、16]。如圖2-11。</p><p>　　圖2-11 AD574與89C51接口電路圖</p><p><b>　　2.7串口輸出單元</b></p><p>　　串行通信有異步通信和同步通信兩種基本通信方式。同步通信適用于傳送速度高的情況，其硬件復(fù)雜。而異步通信應(yīng)用于傳送速度在50到19200波特之間，是比較常用的傳送方式。在異步通信中，數(shù)

82、據(jù)是一幀一幀傳送的，每一串行幀的數(shù)據(jù)格式由一位起始位，5～8位的數(shù)據(jù)位，一位奇偶校驗(yàn)位(可省略)和一位停止位四部分組成。在串行通信前，發(fā)送方和接收方要約定具體的數(shù)據(jù)格式和波特率（通信協(xié)議）。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中串行輸出端口由MAX220完成，每數(shù)據(jù)包2個(gè)字節(jié)，波特率為9600，精確到0.1℃</p><p>　　2.7.1 MAX220</p><p>　

83、　MAX220包含4個(gè)部分：雙路電荷泵DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器、RS-232驅(qū)動(dòng)器、RS-232接收器，以及接收器與發(fā)送器使能控制輸入。</p><p><b>　　1) 雙路電荷泵</b></p><p>　　雙路電荷泵將+5V轉(zhuǎn)換為±10V (空載)，為RS-232驅(qū)動(dòng)器提供工作電壓。第一個(gè)轉(zhuǎn)換器利用電容C1將+5V輸入加倍，得到V+輸出端C3上的+10V；

84、第二個(gè)轉(zhuǎn)換器利用電容C2將+10V轉(zhuǎn)換為V-輸出端C4上的-10V。</p><p>　　2) RS-232驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　如果負(fù)載是標(biāo)稱值為5kΩ的RS-232接收器，并且VCC =+5V時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出電壓擺幅的典型值為±8V?？蛰d時(shí)驅(qū)動(dòng)器輸出電壓范圍是(V+-1.3V)至(V- +0.5V)。輸入門限兼容于TTL和CMOS邏輯。在關(guān)斷模式、三態(tài)模式，或器件電源被斷

85、開(kāi)的情況下，驅(qū)動(dòng)器輸出關(guān)閉，并進(jìn)入高阻狀態(tài)，該狀態(tài)下的漏電流通常只有幾個(gè)微安(最大值為25μA)。輸出可以被驅(qū)動(dòng)到±15V。在關(guān)斷模式下，電源電流通常降至8μA。MAX220不具備內(nèi)部上拉電阻，所以不能將未使用的驅(qū)動(dòng)器輸出強(qiáng)制為低電平，須將未使用的輸入端連接至GND或VCC。</p><p>　　3) RS-232接收器</p><p>　　所有接收器都是反相的。輸入門限設(shè)定為0

86、.8V和2.4V，驅(qū)動(dòng)器既響應(yīng)TTL電平輸入，也響應(yīng)EIA/TIA-232E與V.28電平。接收器輸入可以承受最高±25V的過(guò)壓輸入，并提供標(biāo)稱值為5kΩ的輸入端接電阻。接收器輸入滯回的典型值為0.5V，并可確保0.2V最小值。這樣，對(duì)于慢變化輸入信號(hào)可以產(chǎn)生明確的輸出跳變，即使是在有一定噪聲和振蕩的情況下。接收器傳輸延時(shí)典型值為600ns，與輸入擺幅方向無(wú)關(guān)。</p><p>　　圖2-12 MAX2

87、20引腳配置</p><p>　　2.7.2 串行輸出電路</p><p>　　圖2-13 串行輸出電路</p><p>　　2.8 LED選擇及顯示電路</p><p>　　2.8.1 LED數(shù)碼管</p><p>　　LED數(shù)碼管又分共陰和共陽(yáng)兩種如圖2-11(a)、(b)。如果把7段數(shù)碼管的每一段都等效成發(fā)光二極

88、管的正負(fù)兩個(gè)極，那共陰就是把a(bǔ)bcdefg這7個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極連 接在一起并接地；它們的7個(gè)正極接到7段譯碼驅(qū)動(dòng)電路74LS164的相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)端上（也是abcdefg）；共陽(yáng)就是把 abcdefg的7個(gè)發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電源上，其余的7個(gè)負(fù)極接到譯碼驅(qū)動(dòng)集成電路74LS164相應(yīng)的abcdefg輸出端上。無(wú)論共陰共陽(yáng)7段顯示電路，都需要加限流電阻，否則通電后就把7段譯碼管燒壞了。限流電阻的選取是：5V電源電壓減去發(fā)

89、光二極管的工作電壓除上10ma到15ma得數(shù)即為限流電阻的值。</p><p><b>　　(b) </b></p><p>　　2-14 LED數(shù)碼管</p><p>　　點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，這種顯示方式每一位都需要有一個(gè)8位的輸出控制；所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位

90、地輪流點(diǎn)亮顯示器各位，對(duì)于顯示器的每一位來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通的電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)亮度較高穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個(gè)I/O口，控制顯示器的各位顯示的字型也需要一個(gè)8位口。</p><p>　　圖2-12為89C51的顯示接口電路。本設(shè)計(jì)選用靜態(tài)顯示方式。8個(gè)74LS164作為4位七段顯示器的靜

91、態(tài)顯示口，靜態(tài)顯示方式顯示器的亮度大，很容易作到顯示不閃爍。而且靜態(tài)顯示時(shí)CPU不要頻繁地為顯示服務(wù)，因而主程序可以不必掃描顯示器，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，從而使單片機(jī)有更多的機(jī)會(huì)處理其它的事務(wù)。</p><p>　　2.8.2 顯示接口電路</p><p>　　2-12 LED顯示電路</p><p><b>　　2.9電源設(shè)計(jì)</b></p&g

92、t;<p>　　電源設(shè)計(jì)是儀器設(shè)計(jì)的重要部分，能否提供穩(wěn)定可靠的干擾較小的電源關(guān)系到儀器能否正常工作以及儀器測(cè)量的安全性。根據(jù)本儀器的設(shè)計(jì)原理，本設(shè)計(jì)要求電源能夠提供+5V、±15V等供電電壓，還需要從+15V調(diào)處一個(gè)10V 精密電壓給AD574供電。所采用的器件是能提供正電壓的三端集成穩(wěn)壓器CW7805、CW7815和能提供負(fù)電壓的CW7915。來(lái)自220V的交流電經(jīng)變壓器降壓后，再經(jīng)過(guò)整流橋、濾波電容器、三端

93、穩(wěn)壓器穩(wěn)壓成所需要的電源電壓。在+15V的輸出端接一個(gè)電阻，和兩個(gè)6V的穩(wěn)壓管CW6，在通過(guò)滑動(dòng)變阻器調(diào)出+10V電壓提供給AD574。圖中穩(wěn)壓器前面的電容器是為了抵消輸入長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，防止自激；而穩(wěn)壓器后面的電容器起改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除高頻噪聲的作用。電源電路如圖：</p><p>　　2-13 電源電路圖</p><p><b>　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b>

94、</p><p>　　系統(tǒng)軟件主要完成多路模擬開(kāi)關(guān)的邏輯控制，信號(hào)采集，熱電阻計(jì)算，引線電阻補(bǔ)償 ， 由分度表查詢溫度值，溫度點(diǎn)之間的參考溫度計(jì)算，超量程報(bào)警，溫度顯示，溫度值串行數(shù)據(jù)輸出和D/A輸出等功能。</p><p>　　為了求得被測(cè)的溫度值,在程序存儲(chǔ)器EPROM中開(kāi)辟一定的存儲(chǔ)空間用于存放電阻—溫度分度表,一般是通過(guò)熱電阻的電阻值查溫度值,但熱電阻的阻值一般來(lái)說(shuō)不是整數(shù), 其查

95、表的地址需要處理，所以將溫度值作為分度表存儲(chǔ), 每度對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)單元, 相應(yīng)的阻值作為存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。Pt100熱電阻分度表從-200℃～ 850℃共1051個(gè)溫度點(diǎn)，每個(gè)溫度點(diǎn)的熱電阻以 10毫歐為單位，用16進(jìn)制數(shù)存于2個(gè)字節(jié)中共占2102個(gè)字節(jié)，分度表存于程序中之后，分度表相對(duì)地址除2即為對(duì)應(yīng)的溫度值。</p><p>　　熱電阻與溫度之間的特性曲線見(jiàn)圖3-1 。用最小二乘法求取熱電阻與溫度的擬合曲線并對(duì)斜

96、率和截距進(jìn)行調(diào)整,當(dāng)斜率為2.823 ℃/Ω ,截距為275.593時(shí),其誤差均勻分布,在±8.26 Ω 以內(nèi),見(jiàn)圖3-2 。最大誤差時(shí)溫度最大相當(dāng)于±28.5 ℃,因此,在求得Rt后,將Rt 乘以2.823 ,得到的數(shù)據(jù)乘2 作為查表的相對(duì)起始地址(即溫度值) ,在該地址前后±29 ℃范圍內(nèi)采用比較法最后確定溫度的準(zhǔn)確值。當(dāng)單片機(jī)主頻為12MHz 時(shí),數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、查表、輸出、顯示等的工作周期約為28

97、ms</p><p>　　圖3-1 Pt100熱電阻特性圖 3-2 Pt100熱電阻分度值與擬合曲線誤差關(guān)系圖</p><p><b>　　3.1主程序流程圖</b></p><p>　　3-2 主程序流程圖</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序</p><p&g

98、t;　　AD574數(shù)據(jù)的讀取方式可以采用中斷、查詢或延時(shí)。本設(shè)計(jì)采用查詢讀取的方式，輸出狀態(tài)信號(hào)STS 接到P3. 2 端可供單片機(jī)查詢判斷A / D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。主機(jī)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，需先讀高8位，再讀低4位，由A0 為的狀態(tài)來(lái)分別控制讀取高8位或低4位。AD574的端口地址應(yīng)為：=A2=0，=A0=0，A0=A1=1，CE由寫(xiě)信號(hào)產(chǎn)生，所以其端口地址應(yīng)為FFFAH，讀AD574轉(zhuǎn)換結(jié)果值的地址為FFFBH（讀高8位）和FFFCH（讀低4位

99、）。</p><p>　　AD574的轉(zhuǎn)換控制如下：置端口地址到DPTR啟動(dòng)轉(zhuǎn)換查詢輸出狀態(tài)信號(hào) 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　3-3 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖 3-4串行輸出子程序流程圖</p><p>　　3.3 串行輸出子程序</p><p>　　串口輸出由P3.0、P3.1控制。串行輸出選用定時(shí)器/計(jì)數(shù)

100、器1定時(shí)模式、工作方式2，則工作方式控制字（TMOD）為20H，SMOD=1，波特率選用9600位/秒。串行輸出子程序流程圖如3-4所示。</p><p><b>　　3.4 顯示子程序</b></p><p>　　顯示子程序，從P1.5、P1.6輸出，P1.5接164AB，P1.6接164CLR，采用靜態(tài)顯示方式。顯示子程序的流程圖如3-5所示。</p>

101、<p><b>　　3-5 顯示子程序</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)作為控制器，以軟件Kail為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并充分利用當(dāng)今先進(jìn)的工業(yè)信息技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，完成了線性測(cè)溫裝置的研制。</p><p>　　本

102、文采用的新的三線制引線電阻影響消除技術(shù),從原理上解決了熱電阻測(cè)溫中引線電阻引起測(cè)量誤差的問(wèn)題,有效地提高了熱電阻測(cè)溫的精度。所介紹的線性化方法,由于是基于通過(guò)查表進(jìn)行線性化, 所以精度較高，且這種線性化方法通用性強(qiáng), 精度高, 電路簡(jiǎn)單, 調(diào)試工作量小。 采用12位逐次逼近型快速的A /D 轉(zhuǎn)換器AD574，配有串行數(shù)據(jù)輸出端口，可直接與計(jì)算機(jī)的串口相連接進(jìn)行串行通信，有4位顯示 。將AD580作為恒流源,采用電流法對(duì)熱電阻的電阻值進(jìn)行

103、測(cè)量,大大減小了放大器、AD轉(zhuǎn)換器溫度漂移和非線性的影響,提高了信號(hào)測(cè)量精度,在得到熱電阻數(shù)值后,采用查分度表的方法求取溫度值,實(shí)現(xiàn)了真正意義上的線性化溫度測(cè)量,并且,實(shí)現(xiàn)了全分度范圍的溫度測(cè)量。采用B等級(jí)熱電阻時(shí),在-200~850℃范圍內(nèi)該裝置的測(cè)量誤差約為±6℃,是一種價(jià)廉、實(shí)用的高精度測(cè)溫裝置。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我真正認(rèn)識(shí)到所學(xué)知識(shí)的不足和局限性。鞏固了有關(guān)單片機(jī)的知識(shí)，也學(xué)

104、到了很多新的知識(shí)。本次設(shè)計(jì)，鍛煉了我理論和實(shí)際結(jié)合的能力，通過(guò)不斷的遇到問(wèn)題解決問(wèn)題，也培養(yǎng)了我冷靜思考，全面考慮的能力。在彌補(bǔ)不足中提高自己，也讓我明白了以后努力的方向。</p><p>　　由于知識(shí)水平有限等原因，本設(shè)計(jì)肯定還存在不完善或不盡合理之處，相信隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的豐富和理論水平的提高，日后能為自動(dòng)化控制技術(shù)的推廣應(yīng)用作更深入的貢獻(xiàn)！</p><p><b>　　致謝&l

105、t;/b></p><p>　　在老師們辛勤的指導(dǎo)和同學(xué)們熱心的幫助下，我完滿的完成了有關(guān)線性測(cè)溫裝置的任務(wù)和要求。雖然這與我積極的努力分不開(kāi)，但這在很大程度上卻得益于我的老師和同學(xué)的幫助。在此，我要向他們表達(dá)我最真誠(chéng)的謝意。</p><p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)的完成的過(guò)程中，****老師給了我很大的幫助。沒(méi)有他孜孜不倦的教誨，我的設(shè)計(jì)工作肯定不能這么順利的完成。*老師積極地引導(dǎo)和鼓勵(lì)使

106、我不僅鞏固了有關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，還擴(kuò)展了知識(shí)面，而且對(duì)自己的設(shè)計(jì)課題越來(lái)越有興趣。雖然xx老師平日里事務(wù)繁忙，但在有問(wèn)題問(wèn)他時(shí)他總能不耐其煩地耐心講解。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)他付出了很多的心血，也耽誤了很多寶貴的時(shí)間。xx老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，無(wú)私奉獻(xiàn)的精神深深地影響著我，也讓我更加努力的學(xué)習(xí)有關(guān)知識(shí)，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。相信他的科研精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和認(rèn)真的工作風(fēng)度對(duì)我以后的職業(yè)生涯和人生都會(huì)產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響。在此，我謹(jǐn)表示我衷心的感謝！<

107、/p><p>　　其次要感謝控制學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師們，感謝他們四年來(lái)，為我們提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，傳授給我們知識(shí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)院為我們提供了專門的實(shí)驗(yàn)室，還分配了電腦，給我們提供了很大的方便，創(chuàng)造了良好的環(huán)境。</p><p>　　同時(shí)我也要感謝實(shí)驗(yàn)室里所有的同學(xué)，在他們共同努力的協(xié)助下我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利的完成，在這個(gè)過(guò)程中也使我學(xué)會(huì)了團(tuán)隊(duì)合作精神，形成了互相協(xié)作良好氛圍。</p&

108、gt;<p>　　感謝我的同學(xué)在這四年里對(duì)我的幫助和關(guān)心，和他們相處的時(shí)光，是快樂(lè)而無(wú)悔的時(shí)光。</p><p>　　最后，對(duì)所有在這四年里學(xué)習(xí)上和生活上幫助過(guò)我的人表示感謝，謝謝你們！同時(shí)感謝參加論文答辯和評(píng)審、評(píng)閱的各位老師。</p><p>　　隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，我的大學(xué)生活也將結(jié)束，相信這份畢業(yè)設(shè)計(jì)帶給我的不只是知識(shí)上的增長(zhǎng)，更多的是帶給了我思想上的成長(zhǎng)，還有對(duì)這一

109、時(shí)期相處的人們最多的懷念！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]黃江平 一種實(shí)用的熱電阻測(cè)溫方法[J]．科技廣場(chǎng)　2005(1)</p><p>　　[2]劉希民. 一種基于熱電阻的線性溫度測(cè)量裝置的研制[J].遼寧：石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)、2007第20卷(增刊)、83-86</p><p

110、>　　[3]李曉妮 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)得設(shè)計(jì)[J].九江學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2005(2)20-23</p><p>　　[4]潘文誠(chéng) 一種鉑電阻高精度測(cè)溫方法[J].傳感器技術(shù)2003第22卷第11期</p><p>　　[5]張翠蓮 楊家強(qiáng) 鄧善熙 鉑電阻的非線性特性及其線性化校正方法[J]儀器儀表天地</p><p>　　[6]張萱 聞建靜 樓建明 鉑

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