基于热敏电阻的数字温度计专业课程设计.doc
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1、目录1 绪论12 系统硬件电路设计32.1 测温电桥电路32.2 信号放大电路.62.3 AD转换电路.72.4 控制电路.92.5 声光报警电路102.6 显示电路112.7 电源电路123 系统软件设计 154 总结与展望16参照文献.171概述随着以知识经济为特性信息化时代到来人们对仪器仪表结识更加进一步,温度作为一种重要物理量,是工业生产过程中最普遍,最重要工艺参数之一。随着工业不断发展,对温度测量规定也越来越高,并且测量范畴也越来越广,对温度检测技术规定也越来越高,因而,温度测量及其测量技术研究也是一种很重要课题。当前温度计按测使用温度计种类繁多,应用范畴也比较广泛,大体可以涉及如下
2、几种办法:1, 运用物体热胀冷缩原理制成温度计2, 运用热电效应技术制成温度检测元件3, 运用热阻效应技术制成温度计4, 运用热辐射原理制成高温计5, 运用声学原理进行温度测量本系统温度测量采用就是热阻效应。温度测量模块重要为温度测量电桥,当温度发生变化时,电桥失去平衡,从而在电桥输出端有电压输出,但该电压很小。将输出薄弱电压信号通过OP07放大,将放大后信号输入AD转换芯片, 进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据解决,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。系统硬件原理图如图11单片机声光报警模块AD转换模块测温模块信号放大模块显示模块电 源 模 块图11系统框图 系统硬件原理图如图11
3、所示,由热电阻传感器测外界温度,通过信号放大,然后送给模数转换,将原有模仿信号转换为可以贝单片机辨认和运算数字信号,然后在通过软件编程通过显示电路显示出来当前所测得温度。它各某些电路阐明如下:(1).测温模块:该某些电路重要使用测温电桥,当温度变化时,电桥处在不平衡状态,从而输出不平衡电压,为测温基本。(2).信号解决某些:该某些电路涉及电压信号放大和AD转换,实现模数变换,以及硬件滤波。(3).单片机某些:AT89C51 单片机系统是数字霍尔电流表核心某些,重要任务有:控制TLC2543,为其提供适当时序,使其正常工作和采集模数转换后数字信号,使用软件滤除干扰,并对数字信号进行计算,然后输出
4、显示。(4).电源电路某些:该某些电路负责将输入9V12V直流电,分别转换为稳定9V、5V、-9V直流电,给传感器,放大电路,单片机,TLC2543等供电。(5).显示电路,声光报警电路:显示电路作用是将测量温度实时显示出来,当测量温度超过限定值时报警电路将发出声光进行报警。2 数字温度计系统硬件电路设计系统由五大某些构成:(1)测温电桥温量电路;(2)数据采集,滤波,放大,AD转换电路;(3)单片机AT89C51控制及数据计算电路;(4)电源电路;(5)温度实时显示电路和声光报警电路。2.1测温电桥电路本次课程设计测温电路为测温电桥,测温电桥重要某些是热敏电阻。热敏电阻重要特点是:敏捷度较高
5、,其电阻温度系数要比金属大10100倍以上,能检测出10-6温度变化;工作温度范畴宽,常温器件合用于-55315,高温器件合用温度高于315(当前最高可达到),低温器件合用于-27355;体积小,可以测量其她温度计无法测量空隙、腔体及生物体内血管温度;使用以便,电阻值可在0.1100k间任意选取;易加工成复杂形状,可大批量生产;稳定性好、过载能力强。本次设计采用是正温度系数热电阻PT100,它是最惯用温度传感器之一,与其她热敏电阻相比,它重要长处是测量精度高(可精准到0.1摄氏度),线性度好,测量范畴广(-200650),性能稳定,使用以便,完全满足设计规定,因此我最后选取铂电阻PT100作为
6、传感器。PT100温度传感器属于正电阻系数,其电阻阻值与温度关系可以近似用下式表达:在0650范畴内: Rt =R0 (1+At+Bt2)在-2000范畴内: Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t-100)t3)式中A、B、C 为常数,其中A=3.9684710-3; B=-5.84710-7;C=-4.2210-12; 图2-2 电阻温度曲线图由于它电阻温度关系线性度非常好,电阻温度曲线如图2-2 所示,因而在测量较小范畴内其电阻和温度变化关系式如下:R=Ro(1+T) 其中=0.00392,Ro为100(在0电阻值),T为华氏温度。Pt100是电阻式温度传感器,测温本质其实是测量传感器
7、电阻,普通是将电阻变化转换成电压或电流等模仿信号,然后再将模仿信号转换成数字信号,再由解决器换算出相应温度。测温电路原理图如下图所示:图3.2如上图所示,热敏电阻RT和RA1,RB1,RC1,以及可变电阻R2构成一种测温电桥,在温度为20度时,调节R2使电桥达到平衡。当温度升高时,热敏电阻阻值变大,电桥失去平衡,电桥输出不平衡电压,通过滤波后,输入运算放大器,进行放大解决。电桥分析:电桥原理图:电桥敏捷度分析:当各桥臂发生微小变化时,电桥失去平衡,其输出为:2.2信号放大电路本次课程设计,放大模块采用是OP07放大集成电路。OP07芯片是一种低噪声,非斩波稳零双极性运算放大器集成电路。由于OP
8、07具备非常低输入失调电压(对于OP07A 最大为25V ,因此 OP07在诸多应用场合不需要额外调零办法。OP07同步具备输入偏置电流低(OP07A为2nA) 和开环增益高(对于OP07A为300V/mV)特点,这种低失调、高开环增益特性使得 OP07特别合用于高增益测量设备和放大传感器薄弱信号等方面。 OP07具备如下特点: 超低偏移: 150V最大 。 低输入偏置电流: 1.8nA 。 低失调电压漂移: 0.5V/ 。 超稳定,时间: 2V/month 最大 高电源电压范畴: 3V至22VOP07引脚分布如下图所示:OP07芯片引脚功能阐明: 1和8为偏置平衡(调零端),2为反向输入端,
9、3为正向输入端,4接地,5空脚 6为输出,7接电源+。OP07放大电路电路原理图如下所示:如上图所示,将测温电桥输出用差分方式输入OP07,放大60倍以获得适当AD输入电压。2.3 AD转换电路 本次课程设计AD转换电路,负责将放大后模仿电压信号转化为可供单片机辨认数字信号。重要采用TLC2543. TLC2543是TI公司12位串行模数转换器,使用开关电容逐次逼近技术完毕A/D转换过程。由于是串行输入构造,可以节约51系列单片机I/O资源;且价格适中,辨别率较高,因而在仪器仪表中有较为广泛应用。2TLC2543特点:(1)12位分辩率A/D转换器;(2)在工作温度范畴内10s转换时间;(3)
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