Pt100测温器课程设计方案

1、电&钱賂礫程殺针利用pt 100等构成高精度温度变送器一、问题的提出：电子化生活已经成为了一种趋势，更多的工具迈向电子化，而生 活中最常用的水银温度计已不能满足现代化工业生产。所以,我们提 出了这样一个设想:能不能制作出一种简单实用的电子控制的温度计 实现在工业、农业、生活等各个领域的应用。本报告将结合实验研究 与实际应用于一身，自制一套价格低廉、精度高、原理简单、操作方 便的可读值温度传感器二、设计名称：利用ptloo等构成高精度温度变送器三、设计要求：1、温度范围0100 c2、显示电压范围05v3、设计精度达到土0.02v、设计原理：本设计根据课程耍求，使用钳热电阻pt100做温

2、度传感器，自行 设计可变电压源、精密恒流源电路、放大器、ad转换以及温度数码 显不o设计报告中，所有电路图都是经过仿真软件（proteus、multisim 等）仿真成功后生成，在施行焊接之前运用电脑进行仿真操作，既易 于发现设计错误又方便对电路设计进行修改。设计电路所用钳热电阻为工业用钳热电阻，经多处资料证实，钳 热电阻的阻值与温度对应关系为如下表格：工业用钳热电阻分度表分度：ptlooa =0.003850ro=loo.ooor01234567890100.00100.39100.72101.17101.56101.95102.34102.7310112103.5110103.90104.

3、29104.68105.07105.46105.85106.24106.63107.02107.4020107.79108.18108.57108.96109.35109.73110.12110.51110.90111.2830111.67112.06112.45112.8311122113.61113.9911438114.77115.1540115.54115.93116.31116.70117.08117.47117.8511824118.62119.0150119.40119.78120.16120.55120.93121.32121.70122.09122.47122.8660123

4、24123.62124.01124.39124.77125.16125.5412592126.31126.6970127.07127.45127.8412822128.60128.98129.37129.75130.13130.5180130.89131.27131.66132.04132.4213280133.1813356133.94134.3290134.70135.08135.46135.84136.22130.60136.9813736137.74138.12100138.50138.88139.26139.64140.02140.39140.77141.15141.53141.93

5、可得图表如下:ptloo温度-阻值对应图(产品说明提供)在贯穿设计过程中一个最重要的换算公式如下：假设恒流源电流为a,放人器的放大倍数为x,当温度在0-100 摄氏度变化吋，ptloo阻值为100-140欧姆，最后一部分的放大倍数 为m。则：ptloo在0°c-100pc温度特性为：尺(0 = 100(1 + 39080亍10一3*丫 即温度与电压关系：r(1oq) r(0)*a* xm =5v五.设计步骤：本着安全设计的目的，我们多数电路都是采用先设计后仿真，在仿真成功后再焊接实物器件，仿真软件为multisim。(1) 恒流电流源的设计：利用集成芯片lm358,实现恒流源的设计：

6、根据运算放大器的虚短和虚断，lm358的2脚和3脚等电平 为4. 000v,根据虚断，9士 +览二1i = o,则在ptloo ±的压降&rprv =_ ,即可得恒流源。r参数规格：x = 5v, /?, =laq,/?2 = 4.7aq, r3 =4qg =lnf;电脑仿真情况如下图所示:电脑仿真成功！设计过程：恒流电流源电路，起初正5v直流电源的负极未接地线, 电路不能正常工作，输出电流混乱。(2) 稳恒电压源的设计：输入电压为交流电压220v,经15伏交流变压器变压后，电流通 过整流电路，有四只二极管,%,岭，匕，构成桥形电路。原理分析：凤2 正半周时，其导通途径为：其

7、岭，匕反向截止。忽略管压降则输出电压 为uu2 o处负半周ii寸，其导通途径为，其，匕截止。输出电压 wq = u o再追加滤波电路，所谓滤波，就是将整流后脉动直流电的交流成 份除去，使之变为平滑直流电的过程。由一只较大容量的电容器和负 载电阻构成。设电容初始电压为零，并在t二0吋接通电源。况2在上升 的过程中对电容进行充电，其充电电压为uc = u. «u2 （电压波形的0、 a段）。当氏达到最大吋代亦最大，即在电压波形的d点处，充电结束。 此后因代况2,则整流输出结束，电容器经负载电阻r.放电，即此吋 的负载电流由电容器放电获得。放电的快慢由时间常数t = rlc决定; 放电的过

8、程按指数规律下降（电压波形的a、b段）。由于电容两端电压的变化速度较电源电压变化的速度慢。因此， 在氏的负半周，当满足|讪竝时，二极管也、v4导通，电容器c将 再次被充电，直至112的峰值，充电结束。如此往复，在负载端就得到一纹波系数较小的锯齿波，其输出电 压的平均值也增大了。之后添加稳压电路，改变r2与出比值的大小，就可改变输出电 压的大小。其缺点是：若输入电压发生变化，iq也要变化，将影响 稳压器的精度。7815与7915同吋工作，其前后加上两对电容，在完成电路后,产生正负15伏直流稳恒电压。规格参数如图所示：电路制作过程中最重要的步骤不是电路的设计，而是对各个元器 件的了解及应用，最初我

9、们组没有在意电容的正负极情况对电路的影 响，差点发生危险，使电容击穿。再者需要提到的就是对变压器的要 求，变压器必须是三端输出(中间端口接地不可缺少)15.514u3：dc如下图所示:u5：:lm7815ctd11b4b42c12.2mfc2 22xh33dhf：:04c6:=：100hf : : =：220uf：:g3丰 330hf : u8 : : xtxioohf : : *220述 q 6：g5c7lm7915ct；olti3s - -电脑仿真成功！设计过程：第一个选用的交流变压器是输出为27v的变压器，但由于 与电容的耐压值不匹配，致使在通电检测时其中一个电容由于击穿而 爆炸。(3)

10、 放大器的设计:设计要求中的温度为0100pc，而ptloo对应的阻值为100 1400,我们选定恒流源的电流为1ma,即ptloo两端的电压为0.1000.140v ,最终要得到的电压应为05",放大倍数应为« 125 o0.140 一 000我们对于放大器的设计有两种方案，从电路设计到电脑仿真我们都做了详细的比较。方案一：我们去不采用lm358 ah作为我们的放大器，利用两级放大的原理，对输入电压进行放大。设计图如下所示：0u1alm358ahj_vi: =-100mv3r1ikq：:r2 ：aaa24kq :r3 ：:24kq :±：v5:r6 ：:82kf

11、l :c1 1nf *u2alm358ahu3a11lm358ah:r5 ： ： d-wv-j:39ko :39kq :-10.291u4dc:：_l_v4 二 57:r7 :avv-82kq电脑仿真成功！由于它放大倍数难以调节控制的原因，最终我们放弃了这个方案。方案二放大器的设计为0p07 dp与ca3140的组合运用，两级放大，设计方案如下图所示，图中添加加法器，即所示的0.1031/的直流电压源, 如此一来，使得当钳热电阻在0摄氏度时（其阻值为100q）,从放大 器的输出端输出电压值为0v。参数规格：& = r? = 24k, r? = 2k,瓦=82k,& = 3k ;

12、其中所有15v电源均为前而设计的15伏特稳压源所提供。其中管脚接点已标注。由计算公式：饥=（1+冬冬）2故可得：m = avd:_lvi:二 15v电脑仿真情况如下图所示:r4 :aa/v82kqe- u25:r3 ：aaa-12kq :v30.1r5 3kq:r1 ：:24kq:r2 ：:24ko11ca3140e15u3u4：dc 10m2-j.v4 :二 0.2 v0pq7dp:r6 ： ： ： ： ：va-'10：x：v2 ：_15 v当：i；：；电脑仿真成功！ ！ ！方案三：方案二的设计过于理想化，对电路进行多次调节，但显示结果很容易被外界所干扰，抗噪性差。再由于放大器之前添

13、加了减法器，使得输入端一个微小的噪声就会引起很人的误差，严重影响电路效果。最终设计选择追加一套放大器，将减法器加载在两套放大器之间工作，终得到如下电路图：设计过程：放大器经过三次设计，最终组合成为四级放大电路，放大 器的四级放大有效解决减法器电压过小，难以控制的问题，控制电压 的加大，在另一方面使设计精度得以提高，抗噪能力得到提升。第一 级放大器的输入端分别外接钳热电阻的两端，完美匹配其电压值双端 输入的电路结构。前半部分电路设计总结：总结前半部分，经过线路设计、电脑仿真、实际电路焊接，恒 流臣源、稳压电压源、医用放大器、减法器等电路部分基本达到设计 的预期效果，理论值在实际电路中得以验证，初

14、步调试完毕，下一步 将进行与ad转换器的连接问题。（4） ad转化：对于ad转换来说，最重要的两个技术指标就是转化精度和转化速率。首先考虑ad精度的问题，根据实验要求精度并结合实际的实验设计，选取八位ad转换，adc0804管脚图即选用了八位串行输岀的ad转换芯片adc0804oadc0804为8位cmos 逐次比较型模数转换器，电源电压为5v,它的转换分辨率为8位256 级，即表现为输入电压分辨率为0. 02v；adc0804的引脚功能如下：1、/cs （片选端）。用来控制adc0804是否被选取中，/cs二0时 芯片被选中。2、/rd （读控制端）。/rd为1时，db0-db7处于高阻状态

15、，/rd二0 时，db0-db7才会输出电压数据。3、/wr （写控制端）。当/cs二0时，/wr由1变为0时,转换器被 清除，/wr再次回到1时，转换才重新开始。4、clk-in （时钟输入端）。5、intr （中断输出端），低电平有效，接单片机外部中断。6、vin+（模拟电压同相输入端），输入电压在dco-5. 12vo7、vin-（模拟电压反相输入端），使用时一般接模拟地。8、a-gnd （模拟地）。9、vref/2（参考电压端），输入电压最高为5. 12v 11寸，应调整至2. 56v；即此脚电压为输入最高电压的l/2o10、dgnd （数字地）。11t8、（数据输出 d7-d0）o1

16、9、clk-r （时钟外接电阻端）。20、vcc （电源）。放大器输出放大后的电压信号，输入给adc0804的输入端口 （6）, adc 0804在外接辅助电路的工作下，完成由电信号到数字信号的转 换，ad转换器的dbodb7分别连接单片机的p1. 0p1. 7端口，将 完成转换的数字信号输入给单片机（at89c52）o（5）单片机电路:标准mcs-51内核和指令系统片内8kr0m （可扩充64kb外部存储器） 32个双向i/o 口256x8b i t内部ram （可扩充64kb外部存储器）3个16位可编程定吋/计数器 时钟频率3. 5-12/24/33mhz向上或向下定时计数器改进型快速编程

17、脉冲算法 6个中断源5. 0v工作电压全双工串行通信口布尔处理器帧错误侦测4层优先级中断结构一自动地址识别兼容ttl和cmos逻辑电平89c52管脚说明：vcc：供电电压;gnd：接地。pod： p0 口为一个8位漏级开路双向i/o 口，每脚可吸收8ttl门电流。当pl 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够 用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。p1 口： p1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o 口，p1 口 缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1 口管脚写入1后，被内部上拉为 高，可用作输入，p1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是 由于内部上拉的

18、缘故。p2 口： p2 口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o 口，p2 口缓冲 器可接收，输出4个ttl fl电流，当p2 口被写“1”时，其管脚被内 部上拉电阻拉高，且作为输入。p3 口： p3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o 口，可接收 输出4个ttl fl电流。当p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电 平，并用作输入。p3 口作为at89c51的一些特殊功能口，管脚备选功能：p3.0 rxd （串行输入口）p3. 1 txd （串行输出口）p3. 2 /into （外部中断0）p3. 3 /int1 （外部中断1）p3.4 t0 （记时器0外部输入）p3.5 t1 （记时器1

19、外部输入）p3.6 /wr （外部数据存储器写选通）p3. 7 /rd （外部数据存储器读选通）rst：复位输入。/psen：外部程序存储器的选通信号。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性外接石英品体谐振器以及电容c2、c3接在放大器的反馈回路 （at89c52内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大电路， xtal1、xtal2分别是该放大器的输入和输出端）中构成并联振荡电 路。为了使装置能够被外部时钟信号激活，xatl1应该有效，而xtal2 应该被悬空。由于输入到内部的时钟信号电路通过了一个二分频的信 号，外部信号的工

20、作周期比没有别的要求，但是最大值和最小值的大 小可以在数据表上观察出来。当止常工作时，外部振荡器可以计算出xtal1上的电容，最大可 达到loopfo这是由于振荡器电容和反馈电容之间的相互作用。当外 部信号是标准高电平或者低电平时，电容不会超过20pf。在单片机的连接电路中，18、19端口连接晶振，组成振荡电路, 9号端口接出复位电路。图中两个74hc573作为数码管的驱动电路， 连接方式如下面电路所示：ad转换器、单片机、数码管连接图*1vlut00(45v刊c2hi<tex1>alscsz ctext：aijs 亘16isc1- ism <tksvr3c3 tfitexfn*r410( b©r2c5,ojc3vccrdt>b(xl38)wrobicl