基于msp430温度传感器为pt100的温度测量与控制

评阅成绩 20122012 年湖南省大学生电子设计竞赛设计报告年湖南省大学生电子设计竞赛设计报告 （题号：（题号： A A ） 竞赛题名称：竞赛题名称： 温度的测量和控制温度的测量和控制 参赛队编号：参赛队编号： 2515025150 评阅人签名：评阅人签名： 20122012 年年 8 8 月月 2727 日日 i 竞赛题名称：竞赛题名称： 温度的测量和控制温度的测量和控制 0 1 1、设计思路设计思路 方案一：采用单片机 Msp430g2553 内部的比较器测量电阻，此方案充分利用了 单片机的内部资源，发挥了它的优势，但考虑精度要求，故不采用此方案。 方案二：采用 555 时基电路，由公式 T=0，693（Ra+2Rb）C，可知当 Ra，C 不 变时且用 PT100 温度传感器代替 Rb，即可得到 f 与 PT100 温度变化的关系，由于做 了好几次公式转化，存在很大的误差并且软件校正过程繁琐，故不采用此方案。 方案三：采用恒流源式测温电路，设计一个恒流源通过 Pt100 热电阻，电流流 过 Pt100 时在其上产生压降，再经过差动放大电路放大，但是恒流源设计比较麻烦 且存在不恒流的问题，达不到精度要求，故不采用此方案。 方案四：采用惠斯顿电桥测温电路，当 Pt100 的电阻值和 R13 是的电阻值不相 等时，电桥输出一个毫伏级的压差信号，这压差经过差动放大电路放大到输出期望 大小的电压信号，该信号可直接通过 Msp430g2553 单片机内部 AD 采样，通过前面几 种方案的比较，此方法误差小，满足精度要求，故采用此方案。 系统框图如图 1 所示。 Msp430 单片 机系统 LCD51100 键盘 桥式电路 仪表放大 器 PWM 控制 波形输出 Pt100 温度传感 器 图图 1 1 系统框图系统框图 2 2、硬件电路图硬件电路图 图图 2 2 信号采集与处理信号采集与处理 电压测量 1 图图 3 3 电源滤波电源滤波 图图 4 4 功率控制功率控制 图图 5 5 指示部分指示部分 图图 6 6 电压检测电压检测 3 3、算法数学描述算法数学描述 （1 1）电桥关系式电桥关系式 如图 2，已知 PT100 允通电流5mA,取中间值 2.5mA，选用 5V 的电源，则 2 R4/R8=R5/R7=5V/2.5mA=2K,根据实际取 R4、R5、R7、R8 为 4.7K。根据题目要求， 温度范围 30-80 度和发挥部分，我们把温度定在 30-100 度，再根据 PT100 分度表， PT100 的电阻范围大约为 110 到 138ohm，所以 R13 取 110ohm。 则电桥的输出电压和 PT100 电阻 RL的关系为 （1） 0 0 RR R U RR R UUi L L io （2）仪用放大部分 当 PT100 为 138ohm，时，电桥输出最大电压为 mv RR R U RR R UUi L L iMAX4 .53 0 0 max max 单片机的采样最高电压为 3.6V,所以后面的仪用放大器应的放大倍数为 68 53.4mv 3600mvmax MAX ad u U U A 根据 INA128 的参数可得电阻 R12 的阻值为 746 168 50000 12 R （3）总个系统温度和 AD 采样值的关系 温度和 PT100 电阻值的关系可以通过资料得 )1090802 . 3 1 (100 3T R 将上式代入（1）式并代入数值可得一个最终公式 ad ad U U T 39 . 0 5 . 111662 24632290818 4 4、软件流程图软件流程图 开始 初始化 AD采样 键盘设 定 PID算法 液 晶 显 示 数 据 液 晶 显 示 曲 线 P W M 控 制 定时器 实际温度 测电源 电压 3 5 5、测试方法描述测试方法描述 （1）对仪用放大部分的测试 把 PT100 用一个 200ohm 的精密可调电阻代替，调节此电阻，使电桥输出 5mv、10mv、15mv50mv，并记录数据。 （2）对总个系统的测试 总个系统的测试要记录 AD 采样值与万用表实测温度，得到一个曲线图，再和公 式值去比较和修正。 特别要注意的是温度传感器 PT100 和万用表的传感器有结构的区别，俩个对温 度的反应时间是不同的，一定要创造一个稳定的温度环境使两个传感器核心温度相 同时，测得的数据才是有效的。 6 6、测试数据测试数据 （1 1）放大部分数据放大部分数据( (放大放大 6868 倍倍) ) 电桥输出 电压 （mv） 5101520253035404550 放大输出 （mv） 34568810231361171020382380272730653409 理论值 （mv） 34068010201360170020402380272030603400 （2 2）总个系统的测试数据总个系统的测试数据 7 7、数据分析与结论数据分析与结论 从放大部分所测得数据可以看出，放大部分基本和理论值相对应，有些误差可 能的来源有：仪用放大器本身的误差、人工测量误差、万用表的误差等。 从总个系统的测试数据看，特别是看附表的曲线图，实际和理论有比较大的误 差，这个是无法避免的，通过人为的修改后，取得了很好的效果。 总而言之，本系统实现了题目的基本要求的全部、发挥部分的大部！ AD 采样 （mv） 626924112213191509170719112101229526932884307732753458 公式温 度 34.441.145.449.854.158.563.167.471.780.784.989.393.897.9 修正公 式温度 27.735.440.245.149.654.5