实验六 温度测量与控制

1、实验六 温度测量与控制一、实验目的1熟悉温度传感器。2熟悉温度测量硬件设计原理。3熟悉温度测量软件设计原理。二、实验仪器PC机、示波器、综合实验板、电热水器、数字表。三、实验原理与电路1硬件设计原理 （1）原理框图图1 硬件设计原理框图（2）硬件部分主要包括4块集成芯片、电热水器、温度传感器和双向可控硅等。 a) 信号产生与放大 图2 温度传感器结构示意图 图3 温度传感器等效电路图本实验是采用的是铂热电阻式温度传感器，它是一种负温度系数热敏电阻（NTC），特点是热电特性稳定，测温准确度高，可作标准热电偶。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度增加而增加这一特性来进行温度测量的。利用电阻值随温

2、度变化的特性制成得传感器称为热电阻传感器。热电阻传感器主要用于对温度和温度有关的参量（如压力、流速等）进行测量。铂热电阻温度传感器的特点：铂的物理、化学性能非常稳定，是目前制造热电阻的最好材料。铂丝的电阻值与温度之间的关系在0630.755°C范围内为：，B的值在量级。故电阻随温度变化的线性度很好。电阻值随温度T的线性变化将引起铂热电阻两端的电位差的线性变化，从而实现将温度信号转换为电信号。其具体结构如图3所示。传感器的输出电压信号比较小，一般只有几毫伏到几十毫伏，不足以驱动后边与之相连的芯片，并混有许多干扰信号，因此必须将信号放大到与下一极芯片驱动电压相匹配的程度，并去除干扰。该部

3、分的功能是将随温度的变化灵敏度放大200倍，即交流放大倍数为200，使进入AD7865的采样信号变换范围扩大到05V，使数据的处理精度提高。 这部分电路在实验板上是一个集成模块，在电路板下方中部。其等效电路图如图4所示。图4 温度传感器放大电路b) 信号采集与处理由于温度传感器输出的信号为模拟量，必须经过模数转换才能为CPU 处理。将模拟电信号转换成数字信号的过程称为A/D变换。本实验采用的芯片是AD7856，主要应用在温度测量系统中。芯片特点：高速，低耗，有4个采样通道，同时可以进行4路采样，输出14位位宽的并行数据。转换时间是2.4us，信号分辨率位V。电路连接图如图5所示。 7865的管

4、脚连接：，用程序控制通道的选择。在本实验中只用了一个通道，也可以硬件来处理，这样程序就比较简单。，利用内部产生的主时钟。，正常的操作模式。低四位是双向的，输入时用来选择通道，输出时是转换完成的数据。由于数据的是14位的并行数据，而CPU的数据线只有8位，所以现将14位数据分成两组，锁存后，由CPU两次读取。AD7856的FRSTDATA，BUSY，EOC，也被CPU读取，用来作为内部程序的控制。单片机：本实验中，单片机的型号使AT89C52，是整个实验的核心，主要负责数据的数据采集、数据处理和显示，并控制直流电机。图5 信号采集与处理电路原理图AT89C52是一款具有低功耗和高性能的、CMOS

5、制造工艺的8位微处理器，有8K字节的FLASH可编程和可擦除只读存储器（PEROM）。有片内256×8位内部RAM，32根可编程I/O线，3个16位定时/计数器，八个中断源，和可编程串行通道等。单片机将采集来的数据经过一定的算法处理后，输出给D/A，来控制热水器状态。电路图与实验五相同。c) 状态显示与键值设置本实验中用ZLG7290作为键盘接口和LED显示驱动。特点：串行总线接口，提供键盘中断信号，方便与处理器接口；可驱动8位共阴数码管或64只独立LED和64个按键；8个功能键，可检测任意键的连击次数。因为ZLG7290采用串行总线，而AT89C52内部没有集成总线接口，因此利用软

6、件模拟总线接口功能。本实验中使用了8个数码管，分为两组，数码管的左四位显示数值为当前所处状态，右四位显示数值为对应状态的数值。以数值表示的状态含义如下：0201当前温度0202设置温度实验板的左下方有一44键盘, 配合数码管使用。测量当前水温，则按一下“温度”键，数码管右四位即表示当前水温度值；若要改变温度，则按一下设置键，这时，数码管左四位显示“0202”，即可进行设置转速，设置好后再按“确定”键。再按一次“温度”键，即可看到水温度值，再按一次又回到设置温度；设置时如想修改，按“取消”，即可重新输入设置值（设置值10100，否则无效）。电路图与实验五相同。d) 控制电路本实验中，要通过设置温

7、度来控制电热水器工作状态，需要将数字信号转换位模拟信号，电路中使用了D/A转换芯片TLV5618。芯片特点：12位双通道串行接口；可编程设置转换时间，高速模式下为2.5us，低速模式下为12us；89C52将保存的设置预期转速值转换成串行数据输出到5618的SDI端，从SDI端输入的数字信号经TLV5618转换成模拟信号，由OUTA端输出。当当前温度值比设定的温度值小于2以下时，OUTA端输出5V，双向可控硅导通，热水器开始加热；当当前温度值比设定的温度值不小于2时，OUTA端输 图6 控制电路原理图出0V，双向可控硅截止，热水器停止加热。达到闭环控制目的。电路图如图6所示。双向可控硅：双向可

8、控硅（TRIAC）是由NPNPN五层半导体材料构成的，相当于两只两只普通可控硅反向并联，它也有三个电极，分别是主电极T1，主电极T2和门极G。双向可控硅可以双向导通，即门极加上正或负的触发电压，均能触发双向可控硅正反两个方向的导通，示意图见图7。图7 双向可控硅示意图其中：A双向可控硅电路图形符号； B双向可控硅等效电路C，D，E，F双向可控硅的触发状态当门极G和主电极T2相对于主电极T1的电压为正（，）或门极G和主电极T1相对于主电极T2的电压为负（，）时，可控硅的导通方向为T2T1。此时T2为阳极，T1为阴极。当门极G和主电极T1相对于主电极T2的电压为正（，）或门极G和主电极T2相对于主

9、电极T1的电压为负（，）时，可控硅的导通方向为T1T2。此时T1为阳极，T2为阴极。双向可控硅的主电极T1与主电极T2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要门极G和主电极T1（或T2）间加有正、负极性不同的触发电压，满足其必要的触发电流，可控硅即可触发导通呈低阻状态。此时，主电极T1、T2间压降约为1V左右。双向可控硅一旦导通，即使失去触发电压，也能继续维持导通状态。当主电极T1、T2电流减小至维持电流一下或T1、T2间电压改变极性，且无触发电压时，双向可控硅阻断，只有重新施加触发电压，才能再次导通。e) 电热水器本实验中作为受控对象，受单片机控制。2软件设计原理图8 软件设计原理示意图源程

10、序见附录四、实验内容与步骤1按实验要求连接电路，检查没有连接错误后，给综合实验板上电，开始实验。在实验的整个过程中要注意安全。2用键盘设置一个温度值，当数码管显示的温度与设定值相等时，用万用表测量温度传感器的输出电压和放大后的电压（测试点为：等于T1与T2或T3之间的电位差；等于与参考地之之间的电位差）。3测量电热水器的控制电压。分别测量电热水器工作和停止时的控制电压。4测量温度阀值。由软件设计原理可知，当当前温度比设定温度值不低于2时，电热水器断电停止加热；而当当前温度比设定温度值低于2时，电热水器通电开始加热。我们称刚断电停止加热和重新通电开始加热时的温度称为温度阀值。5设定温度值从2090，每10设定一个值。重复步骤24。6记录数据，处理数据。五、数据采集与处理 将测试数据填入表1。表1 测试数据t2535455565758590 /mv /v=(t)=(t)t= 1 At/ /v- /参数的物理意义：温度传感器的变