基于铂电阻的数字测温系统设计

在企业开发的过程控制系统中，温度范围为-100℃ ~ 600℃，测量误差小于1% 根据本系统的温度测量要求，选用高精度铂电阻作为温度传感器。MSP430F149内部的12位分辨率模数转换器模块用于模数转换。 该测温系统具有功耗低、结构简单、使用方便等优点，可扩展到多通道测温等。 介绍某企业开发的过程控制系统，温度范围为-100℃ ~ 600℃，测量误差小于1% 根据本系统的温度测量要求，选用高精度铂电阻作为温度传感器。MSP430F149内部的12位分辨率模数转换器模块用于模数转换。 该测温系统具有功耗低、结构简单、使用方便等优点，可扩展到多通道测温等。 1.硬件设计基于测试系统所需的测量范围。选择的传感器是铂电阻PT100。Pt100的测量范围是-200到850。线性度可以从PT100的分度表中计算出来，不能满足测量精度的要求。因此，需要一种具有线性补偿的信号调节电路。线性补偿电路利用XTR105芯片在整个温度测量范围内匹配电阻，满足设计要求。 用于模数转换的12位分辨率模数转换器 液晶显示器为2行2倍；16列字符液晶显示器 系统的电路框图如图1所示。 1.1MSP430微控制器MSP430是一款新开发的带闪存的16位总线微控制器。由于其高性价比和集成度，msp430受到许多技术开发人员的青睐。 它采用16位总线，外设和内存统一寻址，寻址范围可达64K，内存可向外扩展。 它具有统一的中断管理、丰富的片内外设模块、片内精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个12位模数转换器、一个看门狗、六个输入/输出端口、两个USART通信端口、一个比较器、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟，支持8M时钟 对于闪存类型，有一个非常方便的开发和调试环境。由于器件芯片具有可电擦除的JTAG调试接口和闪存，程序首先通过JTAG接口下载到闪存中，然后JTAG接口控制程序运行，读取芯片上的CPU状态，以及供设计人员调试的内存内容信息。整个开发可以在相同的软件集成环境中进行 这种方法只需要一台PC机和一个JTAG调试器，不需要一个特殊的仿真器和程序员。 开发语言包括汇编语言和C语言。 1.2 Pt 100温度传感器的温度是代表物体冷热程度的物理量。它可以通过物体随温度变化的某些特性(如电阻、电压变化和其他特性)间接测量。金属铂的电阻值随温度变化而变化，具有良好的重现性和稳定性。由铂的这种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，常用铂电阻温度传感器的零电阻值为100ω；电阻变化率为0.3851ω；/℃ 铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广。它是一种常用于中低温区(-200 ~ 650℃)的ZUI温度检测器。它不仅广泛应用于工业温度测量，还被制成各种标准温度计进行测量和校准。 PT100的温度/电阻曲线如图2所示。 根据IEC751国际标准，温度系数TCR = O.003851，Pt100(R0 = 100ω；)、Pt 1000(R0 = 1000ω；)是均匀设计的铂电阻。 TCR =(R100-R0)/(R0 &次；100) PT100和PT1000的标准电阻值如表1所示。 温度/电阻特性公式如下:-200 < 0℃Rt = " R0[1+At+Bt2+C(t-100)T3]0 & Lt；Rt = "R0 (1+at+bt2)在850℃时，其中Rt在t℃时具有电阻值，R0在0℃时具有1.3的电阻值。由于铂电阻的热阻特性线性度差，信号调理电路设计选择XTR105进行线性补偿。铂电阻线性补偿电路如图3所示 每个电阻的计算公式如下 其中，RZ测量的温度很低。选择RL时，注意MSP430单片机模数转换器的参考电压。模数转换器的参考电压设置为外部电源电压的3.3V，并使用150个低温漂移高精度电阻。rl电压范围为0.6V至3V，RL可直接连接至MSP430的模拟信号输入端，进行模数转换 线性补偿电路设计中的电阻根据XTR105手册中提供的计算方法确定，其中RZ为-100℃时PT100的电阻(60ω；)，R2是600摄氏度(314ω；)，R1 =电阻抗(-100+600)/2 = 194ω；根据公式，RG = 581ω；，RLIN1 = 4.3k &ω； Z 2。软件设计在编程中使用C语言。使用C语言设计将带来以下好处:1 .它可以大大提高软件开发的效率；2.可以提高设计的程序代码的可靠性、可读性和可移植性；3.设计师可以更加注重充分发挥MSP430的功能 MSP430可以对多个模拟通道进行模数转换。设置模数转换器模块时，需要设置通道、参考电压等相关寄存器。由于模数转换器转换的值是二进制的，转换后的值需要转换成ASCII数据，然后发送到液晶显示器进行显示。程序流程如图3所示 3.测试结果完成软硬件设计后，进行系统联合测试。 首先，对模数转换器的功能模块进行测试。该测试方法采用高精度可变电阻代替铂电阻PT100的电阻。对应于温度的可变电阻器的电阻根据铂电阻PT100分度表进行调节。从-100℃到600℃取15分，每50℃测试一次，记录模数转换值。 用zui较小二乘法对温度和转换值进行线性拟合，计算出测量系统的线性度等指标。 线性度计算结果小于1%，测量数据如下:模数转换功能调试完成后，对模数转换值进行处理，使测量值准确显示在液晶显示器上 4.结论通过设计合理的信号调理电路，温度测量系统达到了一定的精度要求，具有性能稳定可靠、设计结构简单、功耗低等优点。

“基于铂电阻的数字测温系统设计 ”本文地址，转载请勿删除！http://www.wdj114.com/gynews/1553.html