基于PT10测温系统设计——毕业设计1.doc

摘要 本设计是基于单片机的温度测量系统，具体采用了AT89S51单片机作为核心器件，PT100作为温度传感器，采用TLC2543来实现模拟信号到数字信号的转变，用四位共阳极LED数码管作为显示器。根据该温度传感的特性，将温度的变化转换为电压变化，然后结合理论计算，设计调理电路，将输出的模拟信号进行A/D转换，在将数字信号传送到单片机进行处理，并把最终数值通过数码管显示，整个过程中使用protues软件进行仿真来进行调试，并检验设计成果。 关键字：AT89S51单片机 TLC2543 PT100 调理电路 1 方案设计 1.1 设计要求 ① 设计一个测温系统，要求测温范围200～500℃， 分辨率为1℃； ② 画出系统结构框图， 说明各电路的作用，系统实现的功能； ③ 选择一种合适的温度传感器， 说明选择理由； ④ 说明该温度传感器的工作原理，推导输入输出关系式； ⑤ 设计模拟信号调理电路，推导温度输入和调理电路输出的表达式； ⑥ 选择A/D转换器，计算放大器的放大倍数； ⑦ 设计人机接口电路，（参数如何设置？ 数据如何显示？）； ⑧ 绘制基于单片机的温度测量系统的硬件电路图； ⑨ 所采用测量数据的基本处理算法的流程图以及程序设计； ⑩ 证明所设计的系统能够达到测温范围和分辨率的要求。 1.2 系统框图及原理 图1-1 系统的总结构框图 该系统的设计原理为：通过感温元器件可以将温度信号转换为电信号，一般选用电压信号，将电压信号经过滤波、放大达到一定要求之后就可以进行A/D转换，从模拟信号变成单片机可以识别和直接处理的数字信号，单片机经过一系列的算法，根据所采得的数字信号的值，反推温度出温度传感器所在环境的温度，并通过LED数码管显示相应的温度。 1.3 器件的选型及介绍 1.3.1 温度传感器的选型 温度传感器可分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器两大类，非接触式温度传感器如红外温度传感器一般价格较为昂贵，适用于特备精密的场合，在本设计中明显不符合要求，故采用接触式温度传感器来完成本次设计任务。 常用接触式温度传感器主要有热电偶、热电阻以及集成温度传感器三大类： ○ 热电偶 热电偶的测温原理：两种不同成分的导体（称为热电偶丝或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表连接，显示出热电偶所产生的热电动势，通过查询热电偶分度表，即可得到被测介质温度，而这种电动势称为热电动势。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 但由于热电偶普遍的线性度不太好，而且需要做冷端补偿，这样以来增加了电路设计的复杂性，且也给软件编程带来了不方便之处。 ○ 集成温度传感器 集成温度传感器可分为模拟式温度传感器和数字式温度传感器，前者是将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，具有实际尺寸小、使用方便、灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，常用的模拟式温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103、AD590等；数字式温度传感器将敏感元件、A/D转换单元、存储器等集成在一个芯片上，直接输出反应被测温度的数字信号，使用方便，但响应速度较慢。 但除了集成温度传感器价格较高之外，一般集成温度传感器的测温范围-55℃～+150℃，远达不到本次设计所要求的200℃～500℃，故本次设计中不能应用集成温度传感器。 ○ 热电阻 热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。 现阶段主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻一般适用于-200℃～500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠。半导体热敏电阻测温范围只有-50℃～300℃左右, 且互换性较差，非线性严重，但温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上）。故对于本次设计要求的来看，只能采用金属热电阻。 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150℃易被氧化，所以对于要测量150℃以上的温度，宜采用铜电阻，其代表产品就是PT100。 PT100精度高，线性度较好，测温范围广，价格相对不高，是本次设计的首选温度传感器。 PT100温度传感器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数