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毕业设计单片机温度巡检仪设计

目 录
摘 要·····································································································1
第一章 概述···························································································2
11温度概况······················································································2
12课题的提出···················································································2
13本文的主要研究内容·······································································3
第二章 系统的总体设计···········································································4
21系统的总体设计思想········································································4
22方案论证与选择··············································································4
23 系统设计技术的关键·······································································6
第三章 系统的硬件设计···········································································7
31 系统的整体结构设计·······································································7
32 温度巡检仪的硬件构成····································································7
第四章 计算与软件实现··········································································16
41 热电阻的线性化处理······································································16
42 信号放大及滤波电路······································································18
43 热电偶的冷端补偿········································································19
44 整体程序····················································································20
第五章 总结··························································································26
谢 辞···································································································27
参考文献·······························································································28
单片机温度巡检仪设计
摘要本课题针对温度检测仪表的技术要求设计了一种16路温度检测仪该仪表可以检测多个测试点的温度由于采用了热电阻的三线制接法和热电偶的冷端补偿并结合单片机的应用所以该装置不仅具有精度高功耗低的优点还可以及时显示和选择显示操作使用方便在硬件上我们采用热电阻和热电偶结合使用的方式通过三线制接法和热电偶的冷端补偿并经过滤波和放大处理在经过多路的选择之后进入AD转换器经过单片机处理并在LED上显示在软件上用C语言对单片机编程以实现对各测试点温度值的检测和集中管理并且通过编程以极少量的按键实现了对仪表的方便操作
关键词智能温度巡检滤波放大多路开关单片机数码显示
AbstractThis program is asked according to the technology of temperature measuring instrument have designed a kind of 16Road temperature instrumentation This appearance may the temperature of detection many test points since having adopted the 3 line applications of thermal resistance that make the cold end compensation that receives law and thermocouple and combine CPU so this installation not only has the advantage with high precision and low power comsumption can in time still show and select to show that operating use is convenient The way on hardware that we use with thermal resistance and thermocouple combination through 3 line systems the law of receiving and the cold end of thermocouple are compensated endure to strain wave and enlarge handling enter after passing the option of multichannel AD Converter process single flat machine handling and when LEDShow Use on software C The cpu programming of language pair manages with concentration and the detection of realizing to each test a little temperature value and has realized the convenient operation for appearance through programming with very few buttons
KeywordsIntelligent temperature circuit inspect Strain wave enlarges Multichannel switch
1 概述
11温度概况
温度是一个很重要的物理参数自然界中任何物理化学过程都紧密地与温度相联系在工业生产过程中温度检测和控制都直接和安全生产产品质量生产效率节约能源等重大技术经济指标相联系因此在国民经济的各个领域中都受到普遍重视温度检测仪表作为温度计量工具因此也得到广泛应用随着科学技术的发展这类仪表的发展也日新月异特别是随着计算机技术的迅猛发展以单片机为主的嵌入式系统已经广泛应用于工业控制领域形成了智能化的测量控制仪器从而引起了仪器仪表结构的根本性变革
com 温度检测仪表的现状
传统的机械式检测仪表在工矿企业之中已经有上百年的历史了一般均具有指示温度的功能由于测温原理的不同不同的仪表在记录远传等方面的性能差别很大例如热电阻温度计他的测温范围是－200℃650℃测量准确可用于低温或温差测量能够指示报警远传控制变送但维护工作量大而且不能记录光学温度计测量范围是300℃～3200℃携带使用方便价格便宜但是他只能目测也就是说必须熟练才能测准而且不能远传控制变送等
近年来由于微电子学的进步以及计算机应用的日益广泛智能化测量控制仪表已经取得了极大的进步我国的单片机开发应用始于80年代在这20 年中单片机应用纵向发展技术日益成熟以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路可以轻易的将计算机技术与测量技术结合在一起智能仪表在测量过程自动化测量结果的数据处理已经功能的多样化方面都取得了巨大的进展目前在研制高精度高性能多功能的测量控制仪表时几乎没有不考虑采用单片机使之成为智能仪表的从技术的背景来说硬件集成电路的不断发展和创新也是一个很重要的因素各种集成电路芯片都在朝超大规模全CMOS化的方向发展从而使用户具有了更大的选范围这类仪器能够解决许多传统仪器不能或不易解决的问题同时还能简化仪表电路提高仪表的可靠性降低仪表的成本以及加快新产品的开发速度
智能化控制仪表的整个工作过程都是在软件的控制下自动完成的装在仪表内部的EPROM中的监控程序由许多程序模块组成每易各模块完成一种特定的功能例如实现算法接受并分析键盘输入命令等编制完善的监控程序的某些模块能够取代某些硬件电路的功能这就为设计者扩展或改变仪表集体功能提供了方便
智能控制仪表在引入单片机之后已经降低了对某些硬件电路的要求但是测试电路仍然占有很重要的位置尤其是直接获取被测信号额传感器部分仍应给予充分的重视有时提高整台仪器性能的关键仍然是在于测试电路尤其是传感器额改进现在传感器也正在受着微电子技术的影响不断发展变化传感器正朝着小型固态多功能和集成化的方向发展由许多的国家正致力于将微处理器与传感器集成于一体以构成超小型廉价的测量仪器的主体
与国内已经出现的各种各样的智能化测量控制仪表相比国际上更是品种繁多国内的开发规模也相对较小开发费用相对较高与国际相比还存在很大的差距
12 课题的提出
测量是运用专门的工具根据物理化学生物等原理通过试验和计算找到被测量的量值测量的目的就是尽可能准确的及时收集被测对象的状态信息以便对生产过程进行正确的控制测量是人类人士和改造世界的一种不可缺少和替代的手段历史事实也已证明科学的进步生产的发展和进步是相互依赖相互促进的测量技术是一个国家的科学技术的水平的反应科学和技术的发展是与测量水平并行进步相互匹配的事实上可以说评价一个国家的科技动态最简单快速的办法就是评价这个国家的测量技术以及测量数据是如何被利用的
在暖通空调专业中供暖空调制冷效果检验建筑热工特性的测量新型建筑材料的特性检验建筑节能的研究空暖热网通风空调系统燃气配管网给排水网等系统的运行和特性研究中都需要对温度压力等参数进行测量
这些领域的测量具有本身独特的特点例如在供暖网的系统中它存在如下特点
1作用半径大测点分散对于一个城市的集中供暖网的系统它的覆盖面广系统大这样测量供暖网不通点的运行参数时测点就相当分散
2管网运行参数需要分时记录要对管网的运行进行分析研究管网的分时运行参数的测量和记录非常重要一般要求在管网运行的期间按一定的顺序检测和记录运行参数
此外还有节能建筑的效果检验它需要对节能建筑和非节能建筑的功耗进行比较这同样需要对建筑物内的房间进行分时的测量和记录但它也存在如同供暖效果检验的一些困难另外一些别的专业的科学试验中温度也是非常重要的一个测量参数
综上所述由于温度的测量存在上述的问题就需要由一种方便使用的测量仪表能进行时时的检测能进行数据的记录长期自动运行不需要人为的干预在这种情况下本文设计了一种方便使用的数码显示温度数据采集器以下简称温度数据采集器分别采用Pt100铂电阻和热电偶作为温度传感器来采集数据并运用三线制接法和冷端补偿的方法用来分别消除热电阻和热电偶的测量误差
本温度数据采集器在设计时为了满足实时检测的要求采用16路传感器轮流检测从而实现温度巡检的实时数据采集微处理器采用稳压电源进行供电这样可以省去电池供电所带来的如工作时间有限电压不稳定以及电压的下降而影响整个系统的工作精度和稳定性的问题
13 本文的主要研究内容
本课题的主要任务是研制一种智能的温度数据采集器由4路传感器实现不同地点的温度数据的采集并通过一定的处理之后进入单片机进行数据温度的采集储存和显示主要解决以下内容
1．对4处不同的测试点巡回检测其温度进行集中管理集中控制
2．在测量范围内可以正常显示
3．采用少量键盘来控制可以进行位置温度的显示选择
4．系统要有较强的抗干扰性能
5．有较高的分辨率极好的可维护性
2 系统的总体设计
在本章的设计中将进行系统的总体方案设计以便在后续章节中选择合适的单片机及外围芯片完成具体的硬件电路设计总体设计应考虑以下几点
1 从整体到局部的设计
2 经济性要求
3 可靠性要求
4 操作和维护的要求
21 系统的总体设计思想
不同的控制对象和不同的要求应该有不同的设计思想本系统实际上是一个专用的单片机系统仪表内部除单片机以外的其他部分均可以看作是单片机的外设部分在本系统中CPU在温度采集和处理时主要是对温度值进行巡回检测数据计算数据统计和整理从这一点出发可以作出总体设计思路图2－1
图2－1 总体设计思想图
温度经多采样转换后以数字形式进入CPU利用CPU具有运算逻辑判断能力速度快等 特点在它内部可以对这些输入数据进行必要的集中加工和处理在温度参数的测量和记录中则代替大量的常规显示和记录仪表对整个环境温度进行集中监视
22 方案论证与选择
设计方案的不同将直接决定仪表硬件的繁简程度从而确定软件的不同编写思路16路温度巡检仪应对各种的温度进行检测所以它是一个实时检测系统在设计时应考虑以下几个方面
1应保证前向的温度传感电路的精确度灵敏度电路结构的合理性
2这个系统要具备一定的抗干扰能力应在硬件和软件上引入各种抗干扰的措施以增强它的稳定性和准确性
3系统的可靠性和技术的可实行性根据以上要求硬件电路有以下几个方案可供选择
2 21温度采样和测试部分
第一种方案使用在温度测控领域有广泛应用的二端式半导体集成温度传感器AD590LM35等将采集到的电流信号经多路AD转换器送入单片机由单片机控制数据的采集和转换以AD590为例它的测温范围是－55～＋150℃工作电压是＋4～＋30V由于AD590是一种电流型的温度传感器因此具有较强的抗干扰能力适用于计算机进行远距离温度测量和控制远距离信号传递时可以采用一般的双绞线来完成其电阻较大因此不需要精密电源对其供电长导线上的压降一般不影响测量精度不需要温度补偿和专门的线性电路
第二种方案选用先进的数字式温度传感器将采集到的数字式信号直接送入单片机进行处理随着传感器技术的反展已经出现可先进的数字式温度传感器这种方案中的温度传感器兼有测温和AD转换的功能输出值是数字信号所以不必使用AD转换器和相关的接口芯片能够直接进入单片机进行数字信号处理硬件电路非常简洁有较好的线性关系和较强的抗干扰能力同上方案相比有明显的优势和广泛的开发前景但是测温范围较小一般在－50～＋150℃之间
第三种方案各测试点的温度值经过测温元件热电偶热电阻等被转化为电信号这样得到的多路采样信号经滤波器放大器多路开关及AD转换电路由单片机控制通道AD转换实时对电压信号进行采样和AD转换这种方案是单片机处理非电量信号的典型方法它的优点是测温范围广选用合适的测温元件可以检测－300℃～3000℃的温度
由于本课题的温度巡检仪主要是面向较高温度所以前面两种方案由于测温范围的限制我们将采用第三种方案而且第三种方案是比较成熟的技术在实现上也比较容易
com．显示器
单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器简称LED Light Emitting Diode 液晶显示器简称LCD Liquid Crystal Display 和CRT 显示器
LED的发光频率和颜色取决于制造的材料一般常用红色偶尔也用黄色或绿色发光二极管LED是智能化测量控制仪表中简单而常用的输出设备通常用来指示机器的状态或其他信息它的优点是耗电省配置灵活接口方便价格低寿命长对电流电压的要求不高及容易实现多路等因而在智能化测量控制仪表中获得了广泛的应用
LCD是一种被动显示器它本身并不发光只是调节光的亮度目前常用的LCD是根据液晶的扭曲－向列效应原理制成的可得到黑底白字或白底黑字的显示形式对于采用电池供电的便携式智能化测控仪表考虑到低功耗的要求常常需要采用液晶显示器它体积小重量轻功耗极低因此在仪器仪表中的应用十分广泛但是必须借助外来光显示
CRT显示器可以进行图形显示但是接口较复杂成本也较高
在16路温度巡检仪中只需要显示5位数字形式的温度和路数可以不必使用价格较高的CRT四位LED的工作电流位240mA左右由于使用交流电源供电足以提供LED显示器所需要的功率对于LED而言仅有五位体积也很小这样比较LED和LCD的诸多特点本系统选择LED显示器
com
键盘是一组按键的组合它的主要作用是控制系统的工作状态以及向系统中输入数据和命令有编码式键盘和非编码式键盘两类
编码式键盘除了按键之外还包括了产生键码的硬件电路去抖动电路和多键窜键保护电路每按下一个键能自动产生这个键的键码与此同时产生一个脉冲信号通知CPU接收这种键盘使用方便接口程序简单但是需要较多的硬件电路价格较贵一般的单片机应用系统较少使用
非编码式键盘仅由排成行列矩阵形式的按键组成按键的作用只是简单的实现接点的接通或断开键的去抖动键的编码的形成和键识别等均由软件来完成由于它经济实用在单片机应用系统中广泛采用
经过以上对比可以采用非编码式键盘
23 系统设计的技术关键
根据以上所述的总体设计思想设计中需解决的技术关键性问题是
这种巡检仪的检测点有十几个所以在传感器的选择和使用上要求尽量的消除误差并尽量使使用方便
为保证本系统高可靠性的运行仪器本身要具备很强的抗干扰能力为此应在硬件及软件设计上引入各种抗干扰措施特别是系统中传感器采集的数据的放大和滤波处理就显得尤为重要
由于硬件电路上没有线性化及冷端补偿措施那么软件势必功能很强大在软件设计时也应寻找尽可能简单完善的思路保证程序易于修改调试
3 系统的硬件设计
31 系统的整体结构
根据上一章所选的总体方案确定的思路下面将进行具体的系统硬件电路的设计系统的整体结构框图见图3－1
图3－1 系统整体结构框图
温度传感器主要用来进行温度信号的采集并经过滤波和放大电路以后送入多路开关经过AD转化器之后变成数字信号进入单片机并在单片机内完成对热电阻信号的温度线性化数字式温度传感器AD590主要是采集每个测试热电偶所对应的环境温度并在其内部将采集到的温度值转换成数字信号送入单片机用来进行对热电偶进行冷端温度补偿
键盘在本系统种是操作员控制巡检仪的唯一途径是安装调试的必备手段当希望更改当前的显示路数时就可以通过键盘来选择
稳压电源为单片机温度传感器放大滤波器多路开关AD转换器等提供直流电压
32 温度巡检仪的硬件构成
com片机
目前国内市场上可供选择的单片机的类型有很多种以MCS－51MCS-96为主流系列其中MCS-51系列性能价格高开发用的仿真机研究较早并日趋完善生产厂家较多支持芯片种类繁多适合不同应用场合的新机种不端涌现使得MCS-51系列单片机在国内成为开发中小型嵌入式系统的首选
在我国最受欢迎的8位机要Philips公司的80C51及其系列产品因其具有体积小功能全和价格低等一系列优点所以在本设计中我选择了8751具体来说它有如下一些优点
最适于控制用的8位CPU
强化的布尔单位逻辑能力
32位可按位寻址的双向IO线
128个字节的片内数据存储器RAM
两个16位的递增定时计数器
全双工的通用异步接收发送器
两个优先级别的五源中断结构
片内时钟振荡器
4K字节片内程序存储器
64字节程序存储器地址空间
64K字节数据存储器地址空间
有片内的EPROM
com 温度传感器及接口电路
com1 热电阻利用电阻随温度变化的特性制成的传感器它主要用于对温度和与电阻有关的参量进行技能型检测按热电阻的性质分可分为金属热电阻和半导体热电阻两大类前者通常称为热电阻后者称为热敏电阻热电阻是由电阻体绝缘套管和接线盒等主要部分组成的其中电阻体是热电阻的最主要部分
A．铂电阻
铂电阻的特点是精度高稳定性好性能可靠这是因为铂在氧化性介质中特别是在高温下其物理化学性质都非常稳定在1927年就把铂电阻作为复现温标的基准器当前仍是作为精密温度计的一种主要传感器
制作测温电阻的材料铂当其纯度≥99999时是最佳的材料它有以下的优点①纯度越高电阻温度特性越稳定②纯度越高电阻的温度系数越高
目前国内主要生产的两种型号的铂电阻R＝46±0046C t-100℃ ] 3-2
这里A＝396847×℃ B -5847×C -422×
当温度为0℃以上且较低时可近似的表示为
Rt R1＋at℃
用铂电阻测温的基本误差为
－200℃～0℃时
△t ± 03℃6×t 3-4
0℃～650℃时
△t ± 03℃45×t 3-5
B．铜电阻
由于铜电阻随温度变化而引起的变化值较小例如铂电阻在零温度时的阻值R＝100欧铜电阻在零温度时的R＝50欧因此在传感器与测量仪器之间的引线过长会引起较大的测量误差在实际应用时通常使热电阻或放大器采用两线三线或四线制的接线形式两线制的引线电阻铜电阻不得超过R的02％铂电阻不超过R的01％采用三线制四线制可消除连接引线过长而引起的误差
①二线制接法二线制接法如图3－2所示
图3－2 热电阻的二线制解法
R2和R3是固定电阻电阻值较大且R2 R3R1是为保持电桥平衡而选用的调零电位器Rt为热电阻R4R5为导线等效电阻
假设R4 R5 rR1与R2电阻值相对R2R3电阻值较小可以认为I1 I2 I恒流源
V I1 R4Rtr I rRtr IRt2Ir 3-6
V I2R1 IR1 3-7
因此
V0 - IRt2Ir-IRt I Rt-R1 2Ir 3-8
当r不为零时可能产生较大的误差
②三线制接法三线制接法如图3－4所示该电路是最实用的精确测量方式
图3－3 热电阻的三线制接法
R4R5和R6为导线电阻假设R4 R5 R6I1 I2 I 恒流源
V I1 R4Rt I1I2 R6 I rRt II IRt3Ir 3-9
V I2 R1R5 I1I2 R6 I R1r II r IR13Ir 3-10 V V V-V IRt3Ir-IR1-3Ir I Rt-R1 3-11
式3－811与导线电阻没有关系实现了精确测量
综上所述经比较我选择了铂电阻作为热电阻传感器并且采用了三线制接法来消除导线的误差
com2 热电偶热电偶是温度测量中使用最广泛的传感器之一其测量温区宽一般在－180℃～2800℃的温度范围内均可使用测量的准确度和灵敏度都较高尤其在高温范围内有较高的精度因此国际实用温标规定在63074℃～106443℃的温度范围内用热电偶作为复现的热力学温标的基准仪器热电偶在一般的测量和控制体系中常用于中高温区的温度检测
把两种不同的导体或半导体连接构成如图3－5所示的闭合回路若使两个结点保持不同温度时将产生热电动势即赛贝克Seebeck 如用AD590 按热电偶分度表计算出对应的毫伏数与已经取得的热电偶毫伏数相加此时再查热电偶分度表即可得到测量温度t完成了热电偶的冷端补偿此种方法非常简单再整个测量系统中只需要测量出一个热端温度就可以完成对热电偶的冷端补偿
经过以上几种法的综合比较我选择了热电偶的补偿导线和计算机补偿相结合的方法即用铂铑10－铂的热电偶综合运用AD590来进行热电偶的冷端补偿
com关的选择
多路模拟开关用来切换模拟信号对于AD通道来说需要用多路输入一路输出的模拟开关使输入的多路模拟信号轮流与AD转换器接通这种电路已经有集成的电路产品如CD4051CD4052CD4097都是可以进行双向切换的多路开关他们既可以作多路输入一路输出的模拟开关也可以作一路输入多路输出的模拟开关本设计中我所选用的是CD4051
图3－8为CD4051的引脚图
图3－7 CD4051的引脚图
其中引脚为选通端只有当为低电平时才能选通某一通道使开关接通A2～A0使开关通道号输入端当A2～A0输入000～111时分别对应0～7通道上的开关处于闭合状态通常和A2～A0信号由接在CPU数据总线上的一个锁存器提供这样就可以用输出指令实现通道选择端和A2～A0引脚均要求输入TTL电平信号而各个CMOS开关则要用CMOS电平控制逻辑电平转换电路完成从TTL电平到CMOS电平的转换8个IO引脚I00～IO7可以作为输入端这时OI引脚便作为输出端开关实现8到1的选择功能由于CMOS开关可以双向工作即信号也允许从OI引脚输入
根据需要从8个IO引脚中的某一个输出实现1－8的分配功能该片子有三个电源引脚其中Vss通常与系统模拟地相连Vdd接正电压如10VVee接负电压或地
com 模数转换器的选择
实现AD转换的基本方法有几十种常用的有计数法逐次逼近法双斜积分法和并行转换法由于逐次逼近式AD转换具有速度快分辨率高的优点而且采用这种方法的ADC芯片正本较低因此在计算机数据采集系统中获得了广泛的应用 本设计中采用的就是逐次逼近式的AD0809下图为AD0809的定时图 图3－9
图3－8 AD0809的时序图
对指定的通道采集一个数据的过程如下
选择当前转换的通道即将通道号送到A0A1和A2的引脚上
在START和ALE脚上加一个正脉冲将通道选择码所存并启动AD转换可以通过执行OUT指令产生负脉冲经反相后形成正脉冲也可由定时电路或可编程定时器提供启动脉冲
转换开始后EOC变低经过64个时钟周期后转换结束后EOC变高
转换结束后可通过执行IN指令设法在 OE脚上形成一个高电平脉冲打开输出缓冲器的三态门让转换后的数字量出现在数据总线上并被读入累加器中
在用ADC0809来设计使用的数据采集系统时除了要考虑采样率的控制和转换结束的检测方法外还要设计合适的通道选择方案例如可用软件延时定时中断或周期脉冲控制的采样率以及用延时程序查询EOC电平或用EOC的正跳变请求中断来判断某个通道转换的结束在本设计中我采用的是用查寻EOC电平来判断通道的 转换结束在从数据总线送出通道号锁存在A0A1A2引脚上后再启动转换
com 电源部分
直流电源是电子设备中供给能量的部分因此是不可缺少的部分由于课题任务是用220V的市电给16路温度巡检仪供电而单片机显示器转换器多路开关等均使用直流电所以需要加一个直流稳压电源进行切换本系统采用了由交流电经变压整流滤波稳压而形成的直流电源早期的直流的稳压部分是由独立元件组成所用元件多占空间大接线多自从有了集成稳压器件问世后大大方便了电源的设计目前常用的有三端固定式三端可调式和开关式在我的系统中我选用了W78××系列的三端固定式集成稳压器
例如在系统中的单片机使用5V的直流电所以在W78××系列中具体选择了W7805W7805输出5V的电压它同元件稳压器多端可调式集成稳压器的工作原理电路结构基本相同但是接线十分简单当输入远离整流滤波电路时需外接电容C2用以减少波纹电压C3用以改善负载的瞬态响应
对于电源变压器的设计要考虑量方面
1 整个电路的功耗较多电源变压器应能提供足够的功率
2抗干扰问题在电源的进线端即电源变压器的初级串连一个电源滤波器可以有效的抑制高频干扰的侵入在本设计中采用图中所示的双绕组扼流圈的滤波电路它对高频干扰信号阻抗大使整个电子系统与供电网间得到一定程度的高频隔离对于外接空间电磁场的干扰也起一定的抑制作用因此使用双绕组扼流圈的滤波电路它对高频干扰信号阻抗很大使整个电子系统与供电网间得到一定程度的高频隔离对于外界空间电磁生的干扰也起一定的抑制作用因此使用双绕组扼流圈使系统的抗干扰能力有了较大改进
下面给出了5V电压源的电路图其他电压源产生方法类同
5V直流电源的电路图如图3－10所示
图3－9 电源的设计示范图
4 计算与软件实现
4．1热电阻的线性化处理
在本系统中由于采用了热电阻和热电偶相结合的工作方式所以测温范围可以相应的放大热电阻由于在低温段具有良好的线性和精确度所以在100－300℃的范围内我采用了热电阻作为传感器具体来说我电阻我采用的是铂电阻之所以采用铂电阻作为材料是由于铂电阻具有精度高稳定性好性能可靠等特点这是由于铂在氧化性介质中甚至在高温下其物理化学性质都非常的稳定
选用铂电阻作为电阻传感器的另一个重要原因是因为在100－300℃的范围内铂电阻具有其他电阻无可比拟的优点电阻变化与温度几乎程线性下图所示的是根据铂热电阻在200－300度的范围内分度表所画出的刻度图
图 4－1 热电阻在100－300温度范围内的分度刻度表
由上图可见电阻与温度是程线性的所以在软件的程序之中200度的范围内可以不进行线性化处理
我们也可以在计算之中得到证明
由热电阻的分度表可以看到每变化一度电阻值变化035036或037欧姆
图4－2 热电阻三线制接法
在本设计所采用的三线制接法如图所示中R2R3是固定电阻电阻值较大且R2 R3R1是为了保持电桥平衡而选用的调零电位器Rt是热电阻R4R5R6为导线的等效电阻假设R4 R5 R6＝rR1与Rt电阻值相对R2R3较小可以认为I1 I2 I恒流源我在本设计中所选择的
R2 R3 25K 4－1
E 5V 4－2
所以 I 52500 0002mA 4－3
R1值未定要到现场取决于现场电阻的长度和电阻大小但是作为一次毕业设计为了保持程序的完整性我们不妨假设R1的阻值为1385欧姆于是
V0 I Rt-R1 ＝0002mA×Rt-R1 void Reg_Read void

unsigned char a 0xf8
a aTest_Point
P3 P3a 选择测量点
CD4051_S 0
ADC0809_A 0
ADC0809_B 0
ADC0809_Start 1
while ADC0809_EOC 1
ADC0809_OE 1
Reg_Temperature ADC0809_Data
ADC0809_Start 0
ADC0809_OE 0
CD4051_S 1

42信号放大及滤波电路
4．2．1 放大电路
放大电路如图3－12所示
图4－3 放大器
由理想运放工作在身负反馈的虚短和虚断的概念可以求得该运放的放大倍数为
N R1K 4－10
我们可以调节滑动变阻器的阻值使得放大倍数为27倍这样是因为在AD0809中输入基准电压为5V则其分辨率为
5256＝195mV 4－11
在电温度变化一度的情况下电阻变化036欧姆则其变化电压为
0002×036＝000072V 4－12
000072×27＝195mV 4－13
经过放大倍数为27倍的放大器之后温度变化一度所对应的变化电压为195mV正好为AD转换器的分辨率
4．2．2 滤波电路
电路如下图所示
图4－4 滤波电路
作为一个低通滤波器他的特征角频率是
Wn＝ ＝ 2128Hz 4－14
43 热电偶的冷端补偿
热电偶的冷端补偿如图4－5
图4－5 热电偶的冷端补偿
在本设计之中冷端补偿我所采用的补偿程序为
热电偶温度的读取
void War_Read void

unsigned char a 0xf8
a aTest_Point
P3 P3a 选择测量点
CD4051_S 0
ADC0809_A 0
ADC0809_B 1 测量热电偶
ADC0809_Start 1
while ADC0809_EOC 1
ADC0809_OE 1
War_Temperature ADC0809_Data
ADC0809_Start 0
ADC0809_OE 0
CD4051_S 1

对AD590温度读取
void AD590_Read void

unsigned char a 0xf8
a aTest_Point
P3 P3a 选择测量点
CD4051_S 0
ADC0809_A 1
ADC0809_B 1 测量AD590
ADC0809_Start 1