测控电路课程设计：温度测量控制系统 (1).docx

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1、测控电路课程设计：温度测量控制系统 (1) 温度测量控制系统 学生姓名：董锦锦学号：20225042051 学院：物理电子工程学院专业：电子信息工程 指导教师：马建忠职称：教授 摘要：温度的测量是生产生活中时常需要的工作，进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。 关键词：温度传感器；高精度；总线标准化；高可靠性；测温系统 Temperature measurement and control systems Abstract：Temperature measurement is the p

2、roduction of life often need to work, in the 21st century, the temperature sensor is headed in high precision, multi-function, bus, standardization, high reliability and safety, development virtual sensor and network sensor, research monolithic temperature measuring system and other high-tech direct

3、ion develop rapidly. Key words：The temperature sensor; High precision; Standardization of the bus; High reliability; Temperature measurement system 1 绪论 1.1指导思想 本课题以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。 1.2基本设计内容及要求 使用PT100温度传感器（电阻值随温度变化），设计传感器放大电路，将传感器的电阻值转变为05V电压信号，将温度值显示出来。再设计控制电路，控制一个300W电热杯

4、温度，使其能够稳定在设定的温度值1。 1.3电路特点 设计以测量显示部分电路为主，以单片机系统为核心，对单点的温度进行实时测量检测。并采用热电阻PT100作为温度传感器、op07作为信号放大器、ADC0809作为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升，具有更高的性价比。 2电路设计 2.1总体设计思想 2.1.1方案论证 方案1：采用单片机测量并控制温度，测量电路采用电桥电路。此方案硬件 电路简单，但是需设计复杂的软件电路。 方案2：采用模拟电路测量并控制温度，测量电路采用电桥电路。此方案电路复杂，但是不需要软件电路的支持。 采用

5、方案1，此方案硬件电路简单，易于构成。虽然软件复杂，单片机程序易于获取，且可以用软件校正温度的测量，使测量结果更加精确。 2.1.2原理框图 2.1.3硬件设计思想 电路中单片机采用的是89C51，是我们书中常用的单片机型号。 在温度信号的获取与放大电路中，以PT100为温度传感器获取温度信号，以放大器op07为信号放大器件2。 电热杯控制电路中，由于电热杯是使用220v 的强电，故需要与单片机电路隔离，采用的是继电器控制电热杯。用7409驱动继电器，二极管作为继电器的保护电路。 显示电路中由于需要显示带小数点的4位数字，采用的是4个Bcd7段带小数点的共阴数码管显示测量值，用8255扩展单片

6、机的输出端口。 键盘电路中采用的是三个独立式按键修改温度的恒定值,按键分别是加、减、功能键。按下功能键便可修改温度值，按功能键不同次数可以选择加减的幅值，再次按功能键确定3。 A/D 转换的好与坏直接关系到整个系统的精确度。由于本系统测量的是温度 信号，响应时间长，滞后大，不要求快速转换，因此选用8位串型A/D转换器ADC0809便能能达到设计的基本要求。为进一步提高精度，可以直接采用12位A/D转换器，也可以采用过采样和求均值技术来提高测量分辨率。因为8位ADC0809其性价比更高，更重要的是我在课本上学的就是ADC0809，对它更加熟悉，所以本次设计我选用了ADC0809作为模数转换器。

7、2.2各主要电路及部件工作原理 2.2.1单片机电路 单片机采用89C51。AT89系列单片机对于一般用户来说，有下列明显的优点：内部含有Flash存储器，在系统开发过程中很容易修改程序，可以大大缩短了系统的开发时间。与MCS-51系列单片机引脚兼容，可以直接进行代换。 AT89系列并不对80C31的简单继承，功能进一步增强，在我国这种单片机受到广泛青睐。 时钟显示： 单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。单片机的时钟产生方式有两种。 内部时钟方式。外部时钟方式。 图1 单片

8、机的2种时钟方式 复位电路： 单片机的复位是靠外部电路实现的。单片机工作后，只要在它的RST引线上加载高电平，单片机就能够有效地复位4。 单片机通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。 图2 单片机的2种复位电路 单片机仿真引脚图： 图3 单片机电路 程序流程图： 程序主要由主程序和子程序两部分构成。主程序主要实现系统的初始化，键值处理，A/D转换，显示数据。 程序框图如图4所示 键盘流程图： 键盘框图如图5所示 图4 程序流程图 图5 键盘流程图 温度信号的获取与放大 在本电路中，以PT100为温度传感器获取温度信号，以放大器op07为信号 放大器件。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的

9、增加而增加这一特性来进行温度测量的。通常将其放在电桥的桥臂上，温度变化时，热电阻两端的电压信号被送到仪器放大器OP07的输入端，经过仪器放大器放大后的电压输出送给A/D 转换芯片，从而把热电阻的阻值转换成数字量5。 PT100温度传感器 PT100温度传感器为正温度系数热电阻传感器，主要技术参数如下： 测量范围：-200+850； 允许偏差值?： A 级 ()0.150.002t +， B 级 ()0.300.005t +； 响应时间30s ； 最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm ； 允通电流5mA 。 另外，PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。 鉑热

10、电阻的线性较好，在0100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。鉑热电阻阻值与温度关系为： -200t 0时，()231001*100Rt R At Bt Ct t ?=*+-?； 0t 850时，()21001Rt R At Bt =*+； 式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见PT100在常温0100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为： ()1001Rt R At =*+，当温度变化1，PT100阻值近似变化0.39。 2.2.2信号放大电路 对信号放大，我使用了低价格、高精度的仪器放大器

11、OP07，它运用方便，O 是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路，可以通过外接电阻方便的进行各种增益的调整。其增益计算公式为： 2.2.3温度值计算过程 由于A/D 检测到的模拟电压值 (3) 其中 。 图6 温度的获取与放大电路 2.2.3模数转换单元电路 ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。它是美国国家半导体公司的产品，是目前国内最广泛的8 位通用的A/D转换的芯片6。 ADC0809的内部逻辑结构如图7所示。 图7 ADC0809内部逻辑结构 由上图可知，ADC0809由

12、一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 引脚结构如图8所示。 图8 ADC0809引脚结构 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量送入转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表1如下： 表1 通道选择 模数转换电路仿真

13、图： 图9 A/D转换电路 2.2.4按键电路 键盘电路中采用的是三个独立式按键修改温度。按键电路仿真图： 图10 按键电路 2.2.5显示电路 在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED 数码管是一种较好的选择。LED 数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行7。 LED 数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。图8为0.5 英尺LED 数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应a g 笔段构成 Dp 作为小数点。因此这种LED 显示器称为七段数码管或八段数码管8。 图11 LED 数码管 当LED 数码管与单片机相连时，一般将LED

14、 数码管的各笔段引脚a 、b 、g 、Dp 按某一顺序接到MCS 51型单片机某一个并行I/O 口D0、D1、D7，当该I/O 口输出某一特定数据时，就能使LED 数码管显示出某个字符9。 LED 数码管编码方式有多种，按小数点计否可分为七段码和八段码；按共阴共阳可分为共阴字段码和共阳字段码，不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码；按a 、b 、g 、Dp 编码顺序是高位在前，还是低位在前，又可分为顺序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下将a 、b 、g 、Dp 顺序打乱编码。表2为共阴极和共阳极LED 数码管几种八段编码表10。 表2 共阴极和共阳极LED数码管几种八段编码 显示电路仿真图： 图12 显示电路 2.2.6电热杯控制电路 电热杯控制电路采用的是继电器控制电热杯，用7409驱动继电器，二极管