基于PT100智能温度测量仪表的硬件电路设计..doc

前 言 2 第1章 智能温度测量仪表方案设计与论证 3 1.1 功能与要求 3 1.2 方案论证与比较 3 1.3 方案的确定 4 第2章 智能温度测量仪表的硬件设计 5 2.1 系统硬件框图如图2所示 5 2.2 温度采集与放大电路的设计 5 2.3 调零电路的设计 6 2.4 A/D转换电路的设计 7 2.5 单片机最小系统 9 2.6 人机接口电路的设计 10 2.7串口驱动电路的设计 11 2.8报警电路的设计 12 第3章 软件设计 13 3.1 上位机软件设计 13 3.2 下位机软件设计 14 第4章 温度控制系统的安装与调试 15 4.1 硬件调试 15 4.1.1安装 15 4.1.2.调试 15 4.2 软件调试 15 4.3 系统整体调试 15 第5章 设计体会与小结 16 参考文献 17 附录 18 前 言 温度测控在许多场合均有应用，是一个典型的工程以用题目，实现难度不大，但工作量大，涉及知识点多，是对学生软硬件知识的一个锻炼，也使学生对设计嵌入式应用系统的过程及方法有一个全面的了解。 本课程设计基于； 2、能够进行调零； 3、可以利用外界键盘随时修改温度设定值；4、可以进行报警提示。 1.2 方案论证与比较 方案一：采用DS1820数字传感器采集温度数据，然后送入单片机进行数据处理。电路图如图1所示： 图1.温度采集电路图 DS1820数字传感器是一个3脚的芯片，1脚为接地，2脚为数据输入输出，3脚为可选的VCC电源。通过一个单线接口发送或接收数据，因此单片机与DS18B20之间仅需一条连线（加上地线）。作为温度采集芯片，可直接将采集值进行处理得到数字量送入单片机数码管显示并通过串口送至上位机。采用此芯片做温度采集，使得硬件电路结构简单，同时也避免了使用多级电路出现前后级阻抗不匹配的问题，不但节约了硬件部分的成本，提高了采集数据的可靠度。 方案二：采用Pt100铂热电阻温度传感器采集温度数据，Ptl00铂电阻具有抗震性能好、测温范围广、测量精度高、机械强度高、耐压性能好等特点,且电阻率较大,其电阻R，与温度t的关系为正比例系数的单调函数，实际测量中有良好的重复性。PT100温度传感器0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。测温范围 －55～＋125PT100温度传感器0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差原理如下：PT100引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=r3)，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻(Rpt100)作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根(r1)接到电桥的电源端，其余两根(r2、r3)分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻，电桥处于平衡状态，引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响。 第2章 智能温度测量仪表的硬件设计 2.1 系统硬件框图如图2所示 图2.系统硬件框图 其工作过程为：下位机的单片机定时采集温度 传感器所感应到的被测对象的表面，并将采集的温度数据显示在数码管上，同时通过串口传送到上位机。上位机收到下位机传送来的温度数据，在显示屏上显示，同时与上位机软件设置的告警温度阀值相比较，若高出，则在屏幕上进行告警提示，同时通过串口向下位机的单片机发送告警指令，单片机收到该指令后，控制蜂鸣器发音，进行告警提示。对于告警的阀值，可以使用外界键盘进行人为的设定。 2.2 温度采集与放大电路的设计 采用PT100三线制接法作为温度采集部分，放大器电路，选用仪表放大器AD626差分放大器。因为我们测量的范围为100~300℃，热电阻桥电路出来的电压为几mV，数据量比较小，采用仪表放大器可以比较精确的得到想要放大的倍数，出现较小的误差。为了满足ADC模数转换的电压需要（0~5V），需要把小信号放大。AD626的设定放大倍数为100倍。如下图即为AD626放大电路，Ui1和Ui2为桥电路输出电压，Vout1为放大后输出电压值。电路如图3所示： 图3.温度采集与放大电路电路图 2.3 调零电路的设计 为了能在ADC采样后得到的数字值是从零开始。需在放大电路后面加调零电路。采用INA2132差分大器。INA2132是一种经济型、双路、低功耗单位增益的差分电路，具有高精度光调电阻的运算放大器组成，因此可以提供高精度的增益和较高的共模抑制比。如图3，AD626放大电路单端输出的Vout1电压是0~5V之间。工作原理是当+IN的电压值大于-IN则输