基于Pt100查表法的高温温度计设计

在现实生活中，测温装置有多种形式，但大多数都存在测温范围小的缺点，限制了其应用范围。 例如，汽车发动机、空调压缩机、船舶等的温度。通常相对较高，使用普通温度计很难测量它们。使用大型温度测量设备不仅测量成本高，而且难以携带。 本文设计了一种便携式、实用、适应高温环境的高温温度计。 高温温度计的原理框图如图1所示。 该系统基于Pt100的高温温度计。Pt100模拟温度传感器采集环境温度，然后通过a/d转换将采集的数据转换并传输到单片机。单片机接收数据并处理后，测量的温度值显示在液晶显示屏上 1.系统主要硬件设计1.1电源电路系统与3节电压接近4.5V的5号干电池串联，正好满足设计电源电压要求。 功率处理芯片的选择侧重于高效率、低工作电压和小体积。经过仔细比较，选择了以下功率处理芯片 TL431是一种三端可调分流基准源，具有良好的热稳定性。 它的输出电压可以用两个电阻任意设置为VERF 2.5 ~ 36V范围内的任何值。 本文将它作为电桥测温电路的参考电压，有许多应用，如并联校准器、串联校准器、开关校准器、电压基准等。 在T1431和电源引脚之间增加100ω；电阻用于限流，接地引脚端直接接地，2.5V的电压输出连接到电桥测温电路作为参考电压。请注意，参考电压必须稳定，否则温度测量的准确性将受到影响。 LM1117是一款电压输出稳定的校准器，可输出1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V等稳定电压。 在设计中，LM1117用于将电压稳定在3.3V，为模数转换器和放大器提供稳定的电压保证。 电源引脚和接地引脚之间增加了电容C4和C5，用于去耦滤波。 Intersil生产的ICL7660是一款提供双电压的COMS集成芯片。它在提供正负电压方面具有独特的优势。 ICL7660可提供+1.5 ~+10 V和-1.5 ~-10 V的正负电压 ICL7660的正输出电压Vout+和负输出电压分别连接到INA126电源的正极和负极 电源模块的电路原理如图2所示。 图2中，VCC5为电源电压，通过LM1117芯片输出3.3V，并向INA126(仪表放大器)、ADS7816和ICL7660供电。 通过TL431输出2.490伏的电压，为桥式放大器电路和ADS7816提供稳定的参考电压。 ICL7660将+3.3V转换为-3.3V，为仪表放大器提供负电压。 VCC直接连接到主电源，因为单片机和液晶显示器的工作电压范围很宽。 1.2a/d模数转换模块由于Pt100是模拟温度传感器，温度测量范围宽，设计采用ADS7816。a/d电路图如图3所示 引脚VREF连接到电桥测温电路的参考电压，引脚+IN信号数据输入端口连接到INA126运算放大器的输出端，引脚-IN和GND分别接地 引脚CS芯片选择端子连接到单片机P1.6端口，低电平有效。当P1.6端口设置为低电平时，模数门控开始工作 引脚Dout信号的数据输出端口连接到单片机的P1.5端口，用于模数转换后读取数据 管脚锁定(Pin LOCK)时钟信号端口连接到单片机的P1.4端口，单片机的P1.4端口提供a/d连续时钟脉冲，保证正常的a/d数据转换和读取。 引脚VCC通过LM1117连接到3.3V的稳定输出电压 本设计以STC的89C52单片机为核心，系统采用89C52单片机读取和处理模数转换数据，然后控制液晶显示器，这是本设计中所有器件的核心模块。 单片机和模数转换器之间连接的电路图如图3所示。 1.3显示模块基于液晶1602显示内容丰富、功耗低的优点，选择液晶1602作为显示模块 液晶的苐yi引脚为接地引脚，引脚VCC连接电源，液晶的引脚VL的外部电源与10k串联；背面的电位计接地，用于调整液晶的亮度对比度，使其显示清晰准确。 引脚RS连接至微控制器的P1.0 RW引脚连接到单片机P1.1 引脚EN连接到单片机的P1.2，是液晶的使能引脚。 液晶的数据端口(引脚7-14)与单片机的P0.0~P0.7端口相连，液晶的数据端口采用8位并行端口方式进行数据传输 引脚15和16是液晶背光的正电极和负电极，它们分别连接到VCC和GND。 液晶连接的电路图如图4所示。 1.4 PT 100测温电路系统的测温模块由两个1kω组成；电阻、电位计和Pt100构成电桥温度测量电路。 电桥温度测量的原理如图5所示。 通过TL431将电桥的输入电压稳定在2.5V，测量电桥的实际输入电压为2.49V 电桥的四个电桥臂之一使用电位计，因为输入运算放大器的差分电压信号可以通过调整电位计来调整，电位计用于调整设计中的零点。 pt 100数据手册中推荐使用LM358芯片来放大差分信号。由于LM1117提供给运算放大器的电压仅为3.3V，低电源电压将导致运算放大器工作异常。电压放大系数与理论计算放大系数之间的误差很大，直接导致放大系数不稳定，影响温度测量。 通过比较和选择，发现INA126精密仪表放大器具有高精度、低噪声差分信号采集的优点。它的两个运算放大器设计用于提供极低的静态电流(175毫安/安)，并结合宽工作电压范围& plusmn1.35 ~ & plusmn18V，使其成为高性能运算放大器。 因此，INA126被用作运算放大器，并且在测试后发现放大因子是稳定的。 系统的放大倍数约为6.27倍 由于INA126需要双电源，ICL7660用于电压转换，因此可以很容易地获得负电压为INA126提供双电源。 桥信号由INA126差分放大 桥式差分放大器电路图如图6所示。 通过电位计R6的零点调整，可以获得50.012毫伏 INA126差分放大U+和U_，放大电压U0=F倍；(U+-U_)，f是电压放大系数，f = 6.27 因此，获得了Pt100的电阻值和由INA126放大的电压之间的关系。U0被送到模数转换器，通过模数转换，单片机计算Pt100的电阻值，然后查表。当检测到的电阻值与表中的电阻值相似时，获得此时的温度值，然后将数据发送出去显示在液晶显示屏上。 2.软件设计系统的软件包括温度采集部分、模数转换模块和接收结果处理显示部分。 整个程序用C语言编写，采用模块化程序设计。 该设计使用Pt100模拟温度传感器收集数据。单片机上电后，Pt100的电阻因温度变化而变化，然后电桥测温电路的电压值发生变化。经过差分放大和模数转换后，发送到单片机。 单片机总是等待模数转换值的到来。因为这种设计只需要测量温度，所以没有采样周期。读取模数的程序进入无限循环。 在设计中，由于Pt100的电阻值与温度没有线性关系，设计使用Matlab拟合函数创建电阻-温度对应表，并查询该表得到温度值 程序启动后，液晶屏和模数被初始化，然后液晶屏被确定为空闲状态，调用液晶屏写地址命令函数使液晶屏显示两行，然后调用液晶屏写数据函数在第1行写温度计英语温度计，从查找表中获得的温度值被写入第2行 模数模块首先初始化模数，然后将模数转换器的CS引脚和时钟CLK拉至高电平，然后将模数转换器拉至低电平以开始采样。 编写程序时，应注意在采样数据之前向模数转换器发送两个下降沿脉冲。 实验证明，如果直接进行采样，采样数据会有较大误差。 采样完成后，将CS引脚拉至高电平，停止采样并返回值 然后执行下一组数据的采样 主程序的流程图如图7所示。 3.系统测试液晶模块的硬件电路接通后，打开电源，调节与液晶显示器相连的电位器，使液晶显示器亮度适中。显示结果与预期结果相同。液晶模块测试正常。 当电源打开时，Pt100开始测量温度。以水银温度计为参考，计算Pt100温度测量的误差。 Pt100的温度测量结果如表1所示。 由于设计温度计精度仅为1℃，小数点后的温度值均为0。经过测试和计算，温度测量的平均误差为2.5% 4.在程序模块中，结束语直接由公式计算，而不是在开始时使用查找表的方法，导致较大的误差。 经过不断修改，发现查表法很好地解决了这个问题。在系统的大规模温度测量中，这种误差在高温环境下影响很小。 该系统可用于高温环境，测温准确，操作方便，成本低，实用性强。 它还可以改进成无线收发器系统，成为远程温度测量控制系统。

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