基于PT100的温度检测仪的设计【毕业设计】.doc

1、I本科毕业论文（20 届）基于 PT100 的温度检测仪的设计所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期II目 录摘 要. .1Abstract. .2前 言. .3第一章 绪 论 .41.1 课题背景 .41.2 国内外研究现状 .5第二章 系统总体方案设计 .72.1 系统基本要求 .72.2 硬件系统设计 .72.3 软件系统设计方案 .8第三章 系统硬件设计 .103.1 PT100 温度传感器 .103.2 放大电路的设计 .103.3 模数转换单元 .113.4 LCD 显示电路设计 .123.5 电源接口电路设计 .133.6 复位电路和复位状态 .13第四章 软件设

2、计 .154.1 程序主流程图 .154.2 按键流程图 .16第五章 系统调试与分析 .175.1Proteus 仿真软件介绍 .175.2 电路仿真设计 .175.3 仿真分析 .18第六章 测试结果及其分析 .196.1 测试结果 .19III6.2 对比分析 .20总 结 .22参考文献致谢附录IV第 1 页摘 要本文先介绍了 PT100 的功能特性以及测温方法，阐述基于单片机的测温系统的硬件组成及相关接口电路设计。然后阐述了基于 PT100 的温度测量系统的设计。本设计的系统核心采用 STC89C52 单片机，它的作用是可以随时检测物体的温度。其中用来采集温度的传感器采用的是 PT1

3、00 铂热电阻传感器；然后将采集到的电压信号通过 ADC0832 转换成数字信号，并且将得到的信号 LCD 显示器上显示出来。本系统主要由 PT100 传感器、LCD 显示模块、数据传输模块、A/D 转换模块等部分组成。关键词：PT100 热电阻、单片机、ADC0832、温度测量第 2 页AbstractThis paper first introduces the features of PT100 and temperature measuring method, illustrates the temperature measurement system based on single

4、chip microcomputer hardware and related interface circuit design. Then this paper, the design of the temperature measurement system based on PT100. The design of the system core adopts STC89C52 micro controller, its role is can detect the temperature of the object at any time. Which is used to colle

5、ct temperature sensor I used PT100 platinum thermal resistance sensor; Then convert the voltage signal collected by ADC0832 into digital signal, and will get the signal displayed on the LCD display. This design is mainly composed of PT100 sensor, LCD display module, the data transmission module, A/D

6、 conversion module and other parts. Key words:PT100 thermal resistance；Single chip microcomputer；ADC0832 ;Temperature measurement;第 3 页前 言随着科技的发展与时代的进步，传感器技术作为一种信息获取的手段得到了巨大的进步，其应用范围变的越来越广范，同时人们对其它要求也变的越来越高，需求也变的越来越大。由于传感器技术在现代信息技术有着举足轻重的地位，因此作为理工科专业的学生，学习和掌握现代传感器技术知识是非常必要的。传感器主要应用于测量以及控制领域，它的性能直接影响

7、系统的性能。因此，不仅必须掌握结构、原理和性能指标，各种各样的传感器，还必须了解传感器通过适当的接口电路调整来满足的需求信号处理、显示和控制，只有通过传感器应用实例和分析智能传感器，传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应发展，传感器的开发和应用。传感器，另一方面，从每个应用领域测量信号，每个字段来满足他们不同的需求,在开发了适用于应用程序的传感器，和各种各样的新传感器和传感器系统。温度传感器是传感器家族中的重要一员。因为它的快速发展，广泛应用，所以有很大潜力。为了加深对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器用法与用途的深入研究，本着读万卷书不如行万里路的原则，又考虑到实用原则而设计了本系统。

8、本文利用 PT100 温度传感器结合单片机技术而开发设计了这个温度测量系统。文中将传感器理论与单片机实际应用有效结合，详细地描述了利用 PT100 铂热电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及实现将温度转换为数字显示的原理过程。本设计实用性比较强，设计系统可以用来波峰焊接炉炉温的检测。本次设计主要任务是完成周围温度的检测与显示。设计完成后的系统具有操作简单，控制方便灵活的优点。本设计系统共由 5 个部分组成，分别是 PT100 温度传感器、A/D 转换模块、信号放大模块、数据处理和数据控制模块以及最终的显示模块。文中对每个模块的具体功能以及其实现的具体过程作了较为详细介绍。整个系统的核心是对温

9、度进行实时的测量与显示。第 4 页第一章 绪 论1.1 课题背景在生活中，温度在我们的饮食起居过程中都起着至关重要的作用，没有温度是不行的。18 世纪工业革命以来，近 80%的工业部门都必须考虑温度的因素，因此温度传感器得到的迅速的发展。传感器通常是通过三个主要阶段。（1）模拟集成温度传感器这种传感器功能单一，温度测量误差小，响应速度快，传输距离长，体积小，功耗低，适合远程温度测量，温度控制，非线性校准，不需要做一个简单的外围电路。由于它是利用硅半导体集成过程，所以也称为硅传感器或单片集成温度传感器。到目前为止，它已在国内外被广泛应用于集成传感器。（2）模拟集成温度控制器主要由可编程温度控制器

10、，温度控制开关组成，其中的代表产品有 LM56、AD22105、MAX6509。一些增强集成温度控制器包括固化好的程序以及模数转换器，这和智能温度传感器有一些类似的地方，但它们各自有各自的系统，工作不是由微处理器分配控制，这是两者间最主要的区别。（3）智能温度传感器是在二十世纪九十年代中期出现的，它也被称为数字温度传感器。这是计算机技术、微电子技术和自动测试技术(ATE)相结合的产物。智能温度传感器内部含有温度传感器、信号处理器、模数转换器、内存和接口电路。一些产品还带有多通道选择器，一个中央处理器(CPU)，只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)。智能温度传感器的最大特点是能够输出温度数

11、据以及能够输出相关的温度控制数量、适合配置各种型号的微控制器(MCU)；它能够通过软件实现测试功能而且还是在硬件的基础上，它的智能化程度的高低也取决于软件的发展水平。自从进入 2000 年以来，温度传感器精度越来越高，功能也越来越多，总体向着总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、单片机测温系统等高科技的方向快速发展。目前市场上大多是单点和多点温度测量仪。单点温度测量仪主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中以热电偶传感器以及热电阻传感器的测量精度高，范围大，从而得到了广泛的使用。本产品温度测量的范围主要在- 200 700之间，最小分辨率温度在 0.01 0.1 之间。内置

12、LED 显示模块，显示范围 4 - 16。一些仪器也具有记忆功能，可以存储几百套乃至几千套数据。这种仪器可以尽可能的满足个人用户用于单点测量的需要。多点温度测量仪，相对于单点测量精度有一定的差距，虽然能够实现多通道温度测量和控制，但是价格比单点温度测量仪要贵。第 5 页本课题用 PT100 热电阻来进行温度测量，设计了一个对单点的温度进行实时检测的单片机温度检测系统，用于实现波峰焊炉高温的检测。1.2 国内外研究现状（1）温度传感器的发展及现状概述二十一世纪以来，人们进入了信息电子化的时代，而传感器技术作为现代信息技术的三大核心技术之一，将是各国争夺的一个重要高新技术领域。传感器技术水平的高低

13、将是衡量一个国家科技发展水平的一个重要标志。同时，传感器产业也是公认的目前具有发展前景的高新技术产业之一，传感器技术因为技术含量高、市场前景广、渗透能力强、经济效益好等特点而备受瞩目。从八十年代起，西方发达国家就一直将其列为重点发展对象。据统计，改革开放以来，我国也相继建立了众多研究开发基地，用以在传感器领域有所建树；在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究开发出了众多型号的新产品，2001 年总产量超过 13 亿只，品种也达到了 7000 多种；同时全国已有 1700 多家从事传感器研究、生产和应用的事业单位，目前全行业正在执行“十一五”计划。2005 年下半年，产品总产量以及销售量

14、继续增长，预计到“十一五”末，敏感元器件总量可达 20 亿只。传感器作为信息技术的高端产品，尤其是数量居于传感器首位的温度传感器被广泛应用于生活、工农业生产以及科学研究等领域后更加显得突出。进入二十一世纪以后，温度传感器正朝着多功能、高精度、高可靠性、高安全性、总线标准化、开发虚拟传感器和网络传感器等高技术的方向迅速发展。同时多种高分辨率以及高精度的温度传感器也在相继研制或推出。由 DALLAS 公司研制出的 DS1624 型高分辨型智能温度传感器，它的分辨力能达到0.03125，测温精度为0.2，能输出 13 位二进制数据，而且转换时间仅为 27 微秒。目前，一些国际上都著名的厂家已经开始研

15、制单片机测温系统，它是在一个芯片上集成一个系统或者子系统，它的集成度将达到 108 甚至 109 个元件每片，这对 IC 产业以及 IC 应用具有划时代的意义。二十世纪以来，温度传感器的发展总体经历了三个阶段：1.分立式温度传感器；2.模拟集成温度传感器；3.智能温度传感器。目前为止，国际上新研制的温度传感器正从集成化向智能化、模拟式向数字式以及网络化的方向发展。智能温度传感器是在 1990 年以后出现的，它是计算机技术、微电子技术和自动检测技术相互结合的产物。目前，市面上出现了种类繁多的智能温度传感器。智能温度传感器一般都由温度传感器、信号处理器、模数转换器、寄存器和接口电路组成。有些还含有

16、随机存取存储器、只读存储器、中央控制器以及多路选择器。智能温度传感器的特点是能够输出温度数据以及这些数据相关的温度控制，它还能够适第 6 页配各种微控制器；它能通过软件实现测试功能而且还是在硬件的基础上，它智能化的程度也取决于智能软件开发水平的高低。自从 2000 年以来，智能温度传感器正朝着标准化、多功能、高精度、高可靠性、总线开发基于传感器和计算机硬件平台的方向发展，通过软件开发，并使用该软件可以完成传感器的标定和校准，以达到最优性能指标包含数字传感器网络的虚拟传感器和传感器网络接口和处理单元，单片机温度测量系统的方向和其他高科技快速发展。（2）数据采集技术的发展及现状概述在很大程度上，信

17、息社会的发展取决于信息和信号处理技术的发展,而数字信号处理技术的出现从根本上改变了信号以及信号处理技术，数据采集作为数字信号处理过程中至关重要的一个环节在整个数字系统中起着至关重要的甚至是决定性的作用，它的应用已经深入到了信息处理的各个领域之中。数据采集技术是信息科学的一个重要组成部分，它包含信息数据的收集、储存、处理以及控制。对测量对象进行众多参数的采集后，再将它们转换成数字信号后输入计算机进行储存、分析以及处理，这个过程就叫“数据收集”，而与其相对应的系统就是数据采集系统。根据系统的结构的差异，可以将数据采集系统分成集中式数据采集系统以及分布式数据采集系统。前者的特点是现场进行数据采集、处

18、理和控制，其强大的实时性能,适用于 PC 和测量目标间离短，速度要求快的场合。后者采集的数据由设备转化为数字信号,通过现场总线上传至上位机，再由上位机进行处理后，控制现场设备，它适用于多个站点设备远程监控和维护。数据采集系统的任务：采集由传感器中输出的模拟信号然后将这些信号转换成计算机能够识别的数字信号，然后将这些信号送入计算机，最后根据不同的需要通过计算机来进行相应的计算以及处理，最后得到所需要的数据信息。同时，根据获得的数据通过计算机实现某些物理量的监视，一些数据也在计算机控制系统用来控制某些物理量的过程中产生。绝大多数的数据采集系统都通过单片机作为微处理器，来测量各个参数的大小，并且通过串口将数据传输到计算机。采用这种设计的话，系统制造比较简单、而且成本也比较低。本设计就介绍了一种以 STC89C52 单片机为核心的数据采集系统，PT100 铂热电阻为温度传感器的参数经过 A/D 转换器转换后成为可测量显示的参数。