PT100温度检测系统思路及软硬件

1、PT100测温原理框图如图1所示图1系统设计框图系统是基于PT100的温度检测设计，PT100模拟温度传感器对环境温度进行 采集，然后把采集的数据经A/D转换后传给单片机，单片机接收数据并处理后， 在液晶屏上显示测量的温度值。1、系统主要硬件设计1. 1电源电路系统采用3节5号干电池用联，电压接近 4.5V,刚好满足设计的电源电压 要求。电源处理芯片的选择方面考虑的重点是效率高、工作电压低、体积小、价 格便宜，经过仔细对比后，选择了 TL431作为本系统的电源处理芯片。TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置葱 Verf2.536V范围内的

2、任何值。在本设计中用作 桥式测温电路的参考电压。在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。在TL431与电源引脚间加上一个100Q电阻用于限流，地引脚端直接接地， 电压输出2.5V接到桥式测温电路作为基准电压，注意基准电压必须稳定，否则 会影响测温的准确性。LM1117是具有稳定的电压输出的校准器，可以输出稳定的 1. 2V, 1. 5V, 1. 8V,2.5V,2. 85V,3.3V,5V等电压。设计中用LM1117稳压至3.3V为 A/D模数转换器、放大器提供稳定的电压保证。在电源和地引脚之间加上电容 C4 和C5用于去耦滤波。Intersil 公

3、司生产的ICL7660是提供双电压的COM集成芯片，它在提供正 负电压方面有独特的优势。ICL7660可以提供+1. 5+10V和-1 . 5-10V的正 负电压。ICL7660正输出电压Vout+和负输出电压分别接入INA126电源的正负极。 电源模块的电路原理如图2所示。LM1 117VC、DJLc.TH" F100 N F、cCAP* OSC(；XDCAP-ICL7660g7上5|h(Al)uurl*G100 rFCD（；、D电源电路图图2中VCC星电源电压，经过 LM1117芯片输出为3. 3V,为INA126（仪表 放大器）、ADS7816K ICL7660供电。经过TL4

4、31输出2. 490V的电压，为桥式 放大电路和ADS781就供稳定的基准电压。ICL7660把+3. 3V转换为-3 . 3V,为 仪表放大器提供负电压。因为单片机和液晶显示器的工作电压范围广，所以 VCC 直接和总电源相连。1. 2V D模数转换模块因为Pt100是模拟温度传感器，且温度测量范围广，所以设计采用 ADS7816 A/D电路图如图3示。管脚VREF接桥式测温电路的基准电压，管脚 +IN信号数据输入口接INA126运放的输出端，-IN、GNDT脚分别接地。管脚CS 片选端接单片机的P1.6 口，低电平有效，当P1.6 口置低电平时A/D选通，开 始工作。管脚Dout信号数据输出

5、口接单片机的 P1.5 口，用于读取A/ D转换后 的数据。管脚LOCK寸钟信号口接单片机的P1.4 口，单片机P1.4 口提供A/D 连续时钟脉冲，保证A/D数据转换和读取的正常。管脚VCCR经LM11171定后 的输出电压3.3V。设计采用STS司的89C52单片机作为核心，在系统中用89C52 单片机来读取A/ D转换数据并处理，然后控制液晶显示，是设计中所有器件的 核心模块。单片机与A/D连接电路图如图3所示匚三一 ins 7816尸j m尸r?rx. L*9lOkd匕八皿产尸 广冏；市八Hi1xri. ti_KM，垣ri "/如 <nrrI AH加匕, ，1"

6、;, （AH5.r.“用 川门，产11 社41 . fA9 r . n）r i ti r KWr a i1 _ U4.r. n ”产3A.3?A,:神,V.O A.，%GND ittxu r . （Txnjp2 Ai.h7riViG z %1乐91.4八”图3单片机与A/D连接电路图1. 3显示模块基于液晶1602显示内容丰富，功耗低等优点，选用7晶1602作为显示模块。 液晶的第1管脚是接地管脚，管脚VCC8电源，液晶的管脚VL外接电源串联一 个10kQ的电位器后接地，用来调节液晶的亮度对比度，使其显示清楚、准确。 管脚RS接单片机的P1.0 口。管脚RW接单片机P1.1。管脚EN接单片机P

7、1.2 口, 是液晶的使能管脚。液晶的数据口 （714管脚）接单片机的P0.0P0.7 口，液 品的数据口采用8位并口方式进行数据传送。第15, 16管脚是液晶背光灯的正 负极，分别接VCC?口 GNEffl可。液晶连接电路图如图4所示。O图4液晶连接电路1. 4Pt100测温电路系统的测温模块由两个1kQ电阻，一个电位器和Pt100组成桥式测温电路。 桥式测温原理如图5所示。图5桥式测温电路电桥的输入电压通过 TL431稳压至2. 5V,经过测量得到电桥实际输入电压为2. 49V。电桥的4个桥臂中的一个桥臂采用电位器，因为通过调解电位器可以调整输入到运放的差分电压信号大小，设计中用此电位器来

8、调整零点。Pt100数据手册才t荐使用LM358芯片放大差分信号，由于 LM111限供给运 放的电压只有3. 3V,供电电压过低会导致运放工作不正常，电压放大倍数和理 论计算的放大倍数误差很大，这样直接导致放大倍数不稳定，影响测温精确度。 经过比较选择发现INA126精密仪器仪放大器，具有高精度，低噪声差分信号采 集的优点,它的两个运放设计提供卓越性能具有非常低的静态电流(175mA/chan),结合宽工作电压范围± 1. 35± 18V的，使其成为高性能的运算放大器。 所以改用INA126作为运算放大器，经过测试发现放大倍数稳定。系统中放大倍 数约等于6. 27倍。由于I

9、NA126需要双电源供电，所以使用ICL7660进行电压 转换，这样可以轻松得到负电压对INA126进行双电源供电。通过INA126对电桥 信号进行差分放大。桥式差分放大电路图如图6所示。GNDCM)图6桥式差分放大电路对电位器R6进行零点调整可以得到 U_=50 012mV INA126对U刑UJ!行差分 放大，放大后电压U0=R< (U+-U_) , F是电压放大倍数，经过测量得到 F=6. 27。 所以Vref =2490mV(1)RPTL+=c=X VRefR5+RtR6U =X VRefR3+R5V0=6.27 X(RPtR5+RTX 2490-50.012)=6.27RPT1

10、000+FPt2490-50.012)利用Matlab对式(2)求反函数可得-1000 X (31 429 629+100 100 XU0)Rpt=-1529 800 371 + 100 100 XUb这样得到Pt100的电阻值与经过INA126放大后的电压关系，把 U0送入AZ D, 通过A/D转换，单片机算出Pt100的电阻值，然后查表，查到的电阻值与表中 的相近时，得出此时的温度值，然后送出数据在液晶屏上显示。2、软件设计系统的软件包括温度采集部分、A/D转换模块，接收结果处理显示部分 整个程序采用C语言编写，采用模块化程序设计。设计采用Pt100模拟温度传感器采集数据，单片机通电后，Pt100由于温度变化，引起电阻发生变化，进而桥式测温电路的电压值发生变化，经过差分放大、 A/D转换后送入单片机。单片机始终等待 A/D转换值的到来，因为本设计只需 要测量温度，所以没有采样周期，读取 A/D值的程序放入无限循环中。在设计 中，由于Pt100的电阻值和温度不成线性关系，所以设计用Matlab拟合函数创建一个电阻值一温度对应表格，查表得到温度值。程序开始后，先对液晶屏、A/D进行初始化处理，然后确定液晶屏在空闲状态，调用液晶写地址指令函数， 使液晶屏分两行显示，接着调用液晶写数据函数在第1行写入温度计的英文Thermometer,第2行写入查表得到的温度值。A/D模块，首先对