重慶郵電大學電子製作大賽設計
報告學院： 自動化學院
年級： 09級
姓名： xx xx xx
學號班級： 0830902
目錄摘要 1
關鍵字 2
引言 2
1 方案論證與設計 2
2 原理分析與硬體電路圖 2
2.1恆流源式測溫電路 3
2.2 a/ d轉換電路 4
2.3 eeprom儲存晶元 4
2.4 1602lcd液晶顯示 5
2.5 主晶元80c51 5
3軟體設計與流程 6
3.1理論分析與計算 6
3.2程式流程圖 8
4主要程式分析 8
4.1 ad訊號轉換函式 8
4.2計算函式 9
4.3取樣輸出、線性插值函式 9
4.4 1602液晶顯示函式 10
4.5門限溫度調整函式 11
4.6延時函式、報警函式 11
4.7主函式 12
5系統測試與誤差分析 13
5.1測試環境 13
5.2測試儀器 13
5.3測試方法 13
5.4測試結果和分析 14
5.5誤差產生原因分析 14
5總結 14
參考文獻 15
簡易溫度測量裝置
摘要：本簡易溫度測量裝置由微控制器主控制模組，電源模組、溫度取樣與處理模組和資料轉換模組和溫度檢測模組等構成，由c8051為主控微控制器，由自行設計的恆流源式測溫電路進行訊號取樣，運用整合運算放大器工作**性區域的特性對訊號進行非線性處理並放大後，通過tlc1549 10位ad晶元將模擬訊號變成數碼訊號，再由lcd1602將實時溫度顯示在液晶屏上，實現了對溫度的精確測量。本裝置可對0~40°c之間的溫度進行測量，誤差不超過正負0.
5度，此外報警門限可手動設定，當溫度達到門限值時蜂鳴器會發出警報聲。
該裝置有測量精確，反應靈敏，設計簡單，檢測方便等特點。
關鍵字：恆流源式測溫電路微控制器 10位ad轉換晶元精確測量
溫度是用來表徵物體冷熱程度的物理量, 它不可以直接測量, 但可以通過物體隨溫度變化其自身的某些特性( 如電阻、電壓) 的變化來間接測量。通過研究發現, 金屬鉑的電阻值隨溫度變化而變化, 並且具有很好的重現性和穩定性, 利用此種溫度特性製成的溫度感測器稱為鉑熱電阻溫度感測器。使用最多的鉑熱電阻溫度感測器零攝氏度標稱中阻阻值為100 ω和10 ω, 電阻變化係數為0.
003851。鉑電阻溫度感測器, 精度高, 穩定性好, 應用溫度範圍廣, 是中低溫區最常用的一種溫度感測器, 不僅廣泛用於工業測溫, 而且被製成各種標準溫度計供計量和校準使用。當pt100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上公升而成近似勻速的增長。
但他們之間的關係並不是簡單的正比的關係，而更應該趨近於一條拋物線。
全系統由c8051做全域性控制，由自行設計的溫度取樣電路進行訊號取樣，運用整合運算放大器工作**性區域的特性對訊號進行處理後，通過tlc1549 10位ad晶元將模擬訊號變成數碼訊號，通過軟體程式設計利用線性插值法去除鉑電阻的部分非線性，線性化處理後的數字再由lcd1602將實時溫度顯示在液晶屏上，實現了對溫度的精確測量和其他附加功能。本系統的優點在於成本低廉，減少硬體，並滿足精度要求。
不足之處在於，預設在0~40°c之間鉑電阻阻值與溫度呈線性關係，但他們之間的關係並不是簡單的正比的關係，而更應該趨近於一條拋物線。當測量電阻阻值很小時, 測試線的電阻可能帶來誤差。
根據題目要求，通過訊號採集、放大，通過ad轉換成數碼訊號後通過微控制器的運算，計算出溫度值，由於採用了10位的轉換晶元，計算的溫度值可精確到小數點後3位；同時eeprom將計算出的溫度與門限溫度對比，決定是否發出警報，門限溫度可通過按鍵進行調整。
圖1 電路設計流程圖
測溫原理：通過運放u1a將基準電壓2.32v轉換為恆流源，電流流過pt100時在其上產生壓降，再通過運放u1b將該微弱壓降訊號放大（圖中放大倍數為10），即輸出期望的電壓訊號，該訊號可直接連ad轉換晶元。
根據虛地概念「工作於線性範圍內的理想運放的兩個輸入端同電位」，運放u1a的「+」端和「-」端電位v+＝v-＝2.32v；假設運放u1a的輸出腳1對地電壓為vo，根據虛斷概念，（0-v-）/r1+（vo-v-）/rpt100＝0，
因此電阻pt100上的壓降
vpt100＝vo-v-＝v-*rpt100/r1，
因v-和r1均不變，因此圖3虛線框內的電路等效為乙個恆流源流過乙個pt100電阻，電流大小為v- /r1，pt100上的壓降僅和其自身變化的電阻值有關。
具體電路如下圖所示：
圖2 恆流源式測溫電路圖
a/ d 部分為適合測控單元資料傳輸的需要,採用了tlc1549 晶元,與傳統a/ d 晶元並行資料輸出方式不同,該晶元採用序列資料輸出方式,所以可以通過微控制器輸出的序列移位脈衝來控制取樣資料的讀取。
tlc1549 的解析度為10 位,為逐次逼近型的高速a/ d 晶元,內建採保功能和系統時鐘,該晶元有3 個通道,其中兩個數字量輸入通道（片選cs 和內部時鐘輸出或外部時鐘輸入i/ o clk） 和乙個三態資料輸出通道（dout）,從而可以方便地實現a/ d 晶元與微控制器之間的資料介面。a/ d轉換電路如圖3 所示。
圖3 a/ d轉換電路圖
序列e2prom是基於i2c-bus 的儲存器件，遵循二線制協議，由於其具有介面方便，體積小，資料掉電不丟失等特點，在儀器儀表及工業自動化控制中得到大量的應用。本裝置中用24c02儲存門限溫度，用於實時監控溫度，當測量的外界溫度達到門限值（最大或最小值）時，蜂鳴器將會報警。
具體電路見下圖：
圖3 eeprom儲存晶元連線圖
圖4 1602lcd液晶顯示電路
主晶元80c51儲存程式，通過引腳控制其他晶元、電路，該溫度測量裝置總原理圖如下圖所示。
圖5 溫度測量裝置原理圖
根據題目要求，鉑電阻的阻值r會隨著外界溫度的變化而變化，而且在0到40°之間大致呈線性狀態，由圖2得：
通過運放u1a將基準電壓2.32v轉換為恆流源，電流流過pt100時在其上產生壓降，再通過運放u1b將該微弱壓降訊號放大（圖中放大倍數為10），即輸出期望的電壓訊號v0，該訊號可直接連ad轉換晶元。
根據虛地概念「工作於線性範圍內的理想運放的兩個輸入端同電位」，運放u1a的「+」端和「-」端電位v+＝v-＝2.32v；假設運放u1a的輸出腳1對地電壓為vo，根據虛斷概念，（0-v-）/r1+（vo-v-）/rpt100＝0，
因此電阻pt100上的壓降
vpt100＝vo-v-＝v-*rpt100/r1，
因v-和r1均不變，因此圖3虛線框內的電路等效為乙個恆流源流過乙個pt100電阻，電流大小為v- /r1，pt100上的壓降僅和其自身變化的電阻值有關。
由於lcd1549晶元有10位解析度，基準電壓v基為2.32v，則模擬電壓轉換成數字電壓後的分度值為v基/1024,電壓訊號v0與轉換後的數字電壓v1關係為：
v0= v1*v基/1024,
恆流源電流可以根據歐姆定律得：
i=vr/r1=1.16ma, vr 穩壓管電壓，為2.32v，r1=2000ω，
鉑電阻的阻值
r0= v0/i，
由r0值對照鉑電阻阻值和溫度變化表即可得到當前的溫度值。
表1 pt100熱電阻分度表
PT100溫度感測器的接線方法
pt100,就是說它的阻值在0度時為100歐姆，pt100溫度感測器是一種以鉑 pt 作成的電阻式溫度感測器，屬於正電阻係數,其電阻和溫度變化的關係式如下 r ro 1 t pt100溫度感測器的主要技術引數如下 測量範圍 200 850 允許偏差值 a級 0.15 0.002 t b級 0.30 ...
PT100熱電阻使用注意事項
熱電阻溫度計是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質來測量溫度的，在工業生產中廣泛用來測量 100 500 範圍的溫度，其主要特點是測溫準確度高，便於自動測量。由於熱電偶在低溫範圍中產生的熱電勢小，因而對測量儀表要求嚴格，而採用熱電阻溫度計測量低溫是很適宜的。熱電阻溫度計按結構形式可分為普通工業型...
實驗用溫度計測水的溫度
教學要求 學會正確使用溫度計測量溫度。課前準備 檢查學生實驗用的溫度計 凡有破損或毛細管內液柱斷裂等情形者，均不能用 準備好幾暖瓶剛燒開的水。將杯子和溫度計按實驗小組擺好。溫度計掛圖。教學過程 按實驗小組坐好，告訴學生先不要做實驗，以免損壞儀器。一 實驗前的複習 6分鐘 教師提出問題，由學生回答，教...