基于PT100的温度测量系统Word文档下载推荐.docx

1、1方案设计与论证1.1传感器的选择由于本设计的任务是要求测量的范围为 0 100 ，测量的分辨率为0.1 ，综合价格以及后续的电路，决定采用线性度相对较好的 PT100作为本课题的 温度传感器，具体的型号为 WZP 型铂电阻，该传感器的测温范围从200 650。具体在 0100的分度特性表见附录A 所示。1.1.1PT100 温度传感器原理PT100 温度感测器是一种以白金 （Pt）作成的电阻式温度检测器, 属于正电阻 系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro（1+ T） 其中=0.00392,Ro 为 100（在 0的电阻值）,T 为摄氏温度。因此白金作成的 电阻式温度检测器,又称为 P

2、T100。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。主要技术指标：1. 测温范围：-200650；2. 测温精度： 0.1 ；3. 稳定性： 0.1 。PT100 温度传感器测量范围广：-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 采用 PT100作为温度传感器。采取方案：设计一个恒流源通过 PT100 热电阻，通过检测 PT100 上的电压的变 化来换算出温度。1.2系统的工作原理测温的模拟电

3、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 AT89S51，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，外接一个时钟芯片 DS1302 产生 时钟信号送入到单片机中进行处理控制，并将时间显示出来，以实现温度的实时 监控。图 1.2.1 系统结构框图2硬件设计2.1PT100 传感器方案设计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

4、由处理器换算出相应温度。采用 Pt100 测量温度一般有两种方案：方案一：设计一个恒流源通过 Pt100 热电阻，通过检测 Pt100 上电压的变化来 换算出温度。方案二：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 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。两种方案的区别只在于信号获取电路的不同，其原理上基本一致。2.2信号调理电路调理电路的作用是将来自于现场传感器的信号变换成前向通道中 A/D 转换器 能识别的信号，作为本系统，由于温度传感器是热电阻 PT100，因此调理电路完 成的是怎样将与温度有关的电阻信号变换成能被 A/

5、D转换器接受的电压信号。2.3恒流源电路（线性稳压电源）的设计系统设计的恒流源电路见下图，稳定输出 5v 电压。图 2.3.1 恒流源电路2.4放大电路的设计信号放大电路，就是把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显 示读出或其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、 光强等，但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相 当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行放大，缓 冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器（ADC）的输入。然后，ADC 对模拟 信号进行数字化，并把数字信号送到 MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据

6、 处理。该测温系统这部分电路的主要作用是用热电阻PT100 配合电流源采集当前 的温度并将其转换为电压信号，放大电路将这个微小的电压信号转换为可以输入 A/D 转换器的合适电压值。具体组成电路如图2.4.1 所示。图 2.4.1 信号放大电路根据运放的“虚短”、“虚断”作用，结果将微小的电压信号放大转换为可以输 入 A/D 转换器的合适电压值2.5A/D 模数转换模块ADC0809A/D 模数转换器ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A/D 转换器，它由 8 路模拟开关，地址锁 存与译码器，比较器，8位开关数型 A/D转换器，逐次逼近寄存器，逻辑控制和 定时电路组成。首先输入 3

7、位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选 通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启 动 A/D 转换，之后 EOC 输入信号变低，指示转换正在进行 , 直到 A/D 转换完成， EOC 变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作 中断请求。转换结果的数字量输入到数据总线上，传送给单片机进行处理。图 2.5.1ADC0809CCN2.6DS1302 时钟电路设计DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电 路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰

8、年补偿功能，工 作电压为 2.5V5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式 一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个 318 的用于临 时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容， 但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充 电的能力。本设计中采用 DS1302 时钟芯片产生时钟信号，通过单片机进行处理 控制，并显示出实时的时间，可以用于对温度进行实时的数据采集。1.引脚功能及结构DS1302 的引脚排列 , 其中 Vcc1 为后备电源， VCC2 为主电源。

9、在主电源关闭的 情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供 电。当 Vcc2 大于 Vcc10.2V 时，Vcc2 给 DS1302 供电。当 Vcc2 小于 Vcc1 时， DS1302 由Vcc1 供电。X1 和X2 是振荡源，外接 32.768kHz晶振。RST是复位/片 选线，通过把RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功 能：首先，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当 RST为高电平时，所有的数据传送 被初 始化，允许对DS1302 进行

10、操作。如果在传送过程中 RST置为低电平，则 会终止此次数据传送，I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V 之前， RST 必须保持低电平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。I/O 为串行数据输入输出端（双向），后面有详细说明。SCLK 始终是输入端。 DS1302 的引脚功能图如图 2-7 所示。1Vcc2Vcc82X1SCLK73X2I/O64GNDRST5DS1302图 2.6.1 DS1302 引脚图2.DS1302 的控制字节DS1302 的控制字节的最高有效位 （ 位 7） 必须是逻辑 1 ，如果它为 0 ，则不能 把数据写入 DS1302 中，

11、位 6 如果为逻辑 0，则表示存取日历时钟数据，为 1 表 示存取 RAM 数据;位 5 至位 1 指示操作单元的地址输入或输出。最低有效位（位 0）如为 0表示要进行写操作，为 1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始 输出。3.数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入 DS1302 ，数 据输入从低位即位 0开始。同样，在紧跟 8位的控制指令字后的下一个 SCLK脉 冲的下降沿读出 DS1302的数据，读出数据时从低位 0位到高位 7。4.DS1302 的寄存器DS1302 有12 个寄存器，其中有 7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为

12、 BCD 码形式。此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器 及与 RAM 相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的 所有寄存器内容。 DS1302 与RAM 相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM 单元， 共 31 个，每个单元组态为一个 8 位的字节，其命令控制字为 C0H FDH ，其中奇 数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的 RAM寄存器，此方式下可一 次性读写所有的 RAM的 31个字节，命令控制字为 FEH（写）和 FFH（读）。5.DS1302 与单片机的连接DS1302 与CPU 的连接需要三条线，即SCLK（7）

13、、I/O（6）、RST（5）。这三条线 分别接到 CPU的 I/O线上。图 2.6.2 DS1302 与 CPU 的连接2.7单片机简介及控制电路 89C51 单片机简介： 与 MCS-51 兼容， 4K 字节可编程闪烁存储器，寿命： 1000 写 / 擦循环，数据保留 时间：十年。全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16位定时器/计数器 5 个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 89C51单片机引脚图89C51 引脚功能介绍VCC：供电电压GND：接地P0 口：P0 口为一个 8 位漏极开路

14、双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写“1”时，被定义位高阻输入。P0 能够用于外部程序存储器， 它可以被定义为数据地址的低八位。在 FLASH 编程时，P0 口作为原码输入口， 当 FLASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能够接 收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接受。P2 口：P2 口

15、为一个内部上拉电阻的双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 电流，当 P2 口被写“ 1 ”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的 缘故。P2口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。再给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八 位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASh 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是八个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL

16、 门电路。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输 入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：管脚备选功能P3.0 RXD串行输入口P3.1 TXD串行输出口P3.2 /INT0外部中断 0P3.3 /INT1外部中断 1P3.4 T0计时器 0外部输入P3.5 T1计时器 1外部输入P3.6 /WR外部数据存储器写选通P3.7 /RD外部数据存储器读选通表 2.7.1 特殊功能口P3 口同时为闪烁编程和编程校验接受一些控制信号RST：复位输入，当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚

17、两个机器周期的高电平 时间ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低 位字节。在 FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变 的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6.因此它可用作对外部 输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将 跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0.此时，ALE 只 有在执行 MOVX、MOVC 指令时 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微 处理器在外部执行状态 ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号

18、。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号 将不出现。 /EA/VPP ：当/EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 外 部 程 序 程 序 存 储 器 （0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时，/EA 将内部 锁存为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V编程电源（VPP）。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入XTAL2:来自反向振荡器的输出图 2.7.2 89C51图 2.7.3

19、 连接电路图 2.7.4 复位电路图 2.7.5 串口电路在单片机上，需要下载程序，使用串口方能完成此功能。在焊好的单片机板上， 伸出三个脚，用于电路的连接。2.8显示模块七段数码管 LED所有数码管通过分时轮流控制各个数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控 显示。将所有数码管的 8个显示笔“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另 外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通有各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是 哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM端电路的控制，所以我们 只要将需要显示的

20、数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码 管就不会亮。图 2.8.1 显示模块3软件设计主要介绍编程语言 C 语言和编程工具 Keil3 软件，以及本系统的程序设计和 在程序设计时所遇到的问题及解决办法。3.1 概述整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软 件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主 程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。 二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能，如测量，计算，显 示，通讯等。每个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一 一列出，并为每

21、个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好之后， 就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序 结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间的调度关 系。3.2编程语言介绍C 语言是一种面向过程的计算机程序设计语言，它是目前众多计算机语言中举 世公认的优秀的结构程序设计语言之一。C 语言主要有以下特点：1、 C 是中级语言。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起 来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作， 而这三者是计算 机最基本的工作单元。2、C 是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的

22、各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰， 便于使用、维护以及调试。3、C 语言功能齐全。具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序 效率更高。另外 C语言也具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器。4、C 语言适用范围大。适合于多种操作系统，如 Windows、DOS、UNIX 等等；也 适用于多种机型。基于 C语言的这些特点，我们选用 C语言来作为编程语言。3.3编程软件Keil 简介KeilC51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开 发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的 优势，因而易学易用。Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。另外重要的一点，只