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(多图) 基于Pt100运用查表法实现的高温温度计设计

2011年12月31日 ?? 收藏1

1.4 Pt100测温电路

系统的测温模块由两个1 kΩ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。

桥式测温原理

电桥的输入电压通过TL431稳压至2.5 V,经过测量得到电桥实际输入电压为2.49 V。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调整零点。

Pt100数据手册推荐使用LM358芯片放大差分信号,由于LM1117提供给运放的电压只有3.3 V,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(175 mA/chan),结合宽工作电压范围±1.35~±18 V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INA126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。

桥式差分放大电路图

对电位器R6进行零点调整可以得到U_=50.012 mV。INA126对U+和U_进行差分放大,放大后电压U0=F×(U+-U_),F是电压放大倍数,经过测量得到F=6.27。所以

差分放大

电压放大倍数

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A/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A/D初始化,然后把A/D的CS管脚、时钟脉冲CLK拉至高电平,接着把CS拉至低电平开始采样。在写程序的时候要注意先发送给A/D两个下降沿脉冲,然后才开始采样数据。实验证明,如果直接进行采样,会导致采样数据误差很大。采样完成后给CS管脚拉至高电平,停止采样,返回数值。接着进行下一组数据的采样。主程序流程图如图7所示。

主程序流程图

3 系统测试

液晶模块的硬件电路接好后,接通电源,调节与LCD连接的电位器,使液晶显示亮度适中,显示结果与预期结果相同,液晶模块测试正常。开启电源,Pt100开始测温,利用水银温度计做参考,计算Pt100温度测量误差。Pt100温度测量结果如表1所示。

Pt100温度测量结果

由于设计的温度计精度只有1℃,所以小数点后的温度值都为0,经过测试计算,温度测量的平均误差为2.5%。

4 结束语

在程序模块,开始没有利用查表法,直接用公式进行计算,误差较大。经过不断地修改,发现查表法很好地解决了这个问题,在系统的大范围测温中,这个误差在高温环境下影响不大。系统可以用于高温环境中,测温准确、操作方便、成本低廉,有较高的实用性。还可以经过改善做成无线收发系统,成为远距离测温控制系统。


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温度传感器? 单片机? 桥式测温电路?

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