基于單片機的溫度測量系統(tǒng)設計DOC

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1、 基于單片機的溫度測量系統(tǒng)設計 DOC 1 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 基于 STC單片機的溫度測量系統(tǒng)的研究 摘要：本文針對現(xiàn)有溫度

2、測量方法線性度、靈敏度、抗振動性能 較差的不足，提出了一種基于 STC單片機，采用 Pt1000 溫度傳感器，經(jīng)過間接測量鉑熱電阻阻值來實現(xiàn)溫度測量的方案。重點介 紹了，鉑熱電阻測量溫度的原理，基于 STC 實現(xiàn)鉑熱電阻阻值測量，牛頓迭代法計算溫度，給出了部分硬件、軟件的設計方法。 實驗驗證，該系統(tǒng)測量精度高，線性好，具有較強的實時性和可靠性，具有一定的工程價值。 關鍵詞： STC 單片機、 Pt1000 溫度傳感器、溫度測量、鉑熱電阻 阻值、牛頓迭代法。 Study of Temperature Measurement

3、 System based on STC single chip computer Zhang Yapeng,Wang Xiangting,Xu Enchun,Wei Maolin Abstract: A method to achieve temperature Measurement by the Indirect Measurement the resistance of platinum thermistor is proposed. It is realized by the single chip computer STC with Pt1000 temperatu

4、re sensor. The shortcomings of available methods whose Linearity, Sensitivity, and vibration resistance are worse are overcame by the proposed method. This paper emphasizes on the following aspects: the principle of temperature measurement by using platinum thermistor , the measurement of platinum t

5、hermistor ’s resistance 2 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 based on STC single chip computer, the calculating temperature by Newton Iteration Method. Parts of hardware and software are given. The experimental results demonstrate that the precision and linearity of the method is superior. It

6、is also superior in real-time character and reliability and has a certain value in engineering application. Keywords: STC single chip computer ， Pt1000 temperature sensor ， platinum thermistor ’s resistance，Newton Iteration Method 0 引言 精密化學、生物醫(yī)藥、精細化工、精密儀器等領域?qū)囟瓤刂凭鹊囊髽O高，而溫度控制的核

7、心正是溫度測量。 當前在國內(nèi)，應用最廣泛的測溫方法有熱電偶測溫、集成式溫度傳感器、熱敏電阻測溫、鉑熱電阻測溫四種方法。 (1) 熱電偶的溫度測量范圍較廣，結構簡單，可是它的電動勢小，靈敏度較差，誤差較大，實際使用時必須加冷端補償，使用不方便。 (2) 集成式溫度傳感器是新一代的溫度傳感器，具有體積小、重量輕、線性度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，適于遠距離測量和傳輸。但由于價格相對較為昂貴，在國內(nèi)測溫領域的應用還不是很廣泛。 (3) 熱敏電阻具有靈敏度高、功耗低、價格低廉等優(yōu)點，但其阻值與溫度變化成非線性關系，在測量精度較高的場合必須進行非線性處理，給計算帶來不便，

8、另外元件的穩(wěn)定性以及互換性 3 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 較差，從而使它的應用范圍較小。 （ 4）鉑熱電阻具有輸出電勢大、線性度好、靈敏度高、抗振性能好等優(yōu)點。雖然它 的價格相對于熱敏電阻要高一些，但它的綜合性能指標確是最好 的。而且它在 0~200 C 范圍內(nèi)的穩(wěn)定性較好，故其在工業(yè)測溫領域應用較廣。 本文提出的一種以 STC單片機為控制核心，采用 PT1000 鉑熱電阻溫度傳感器作為測溫元件的溫度測量系統(tǒng)，能解決溫度測量線 性度、靈敏度、抗振動性能較差，測量范圍較小的不足，精度較高，方

9、便實用。 1 系統(tǒng)總體方案 該溫度測量系統(tǒng)主要由溫度傳感器、信號調(diào)理電路、 STC 單 片機計算轉(zhuǎn)換模塊、溫度顯示模塊組成。其中信號調(diào)理電路由信 號濾波電路和信號放大電路組成。圖 1 為基于 STC單片機的溫度 測量系統(tǒng)的結構圖。 電源 溫度傳感器 濾波電路 放大電路 STC單片機 時鐘及復位電路 溫度顯示模塊 圖 1 基于 STC單片機的溫度測量系統(tǒng)的結構圖 STC 單片機作為本系統(tǒng)的核心，采集經(jīng)濾波電路和放大電路進 4

10、 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 行濾波和放大處理后的 PT1000 溫度傳感器阻值信號，并由其片內(nèi) 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換模塊對阻值信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，一定的算法把阻值 信號計算為溫度，并控制液晶顯示模塊直觀的顯示出溫度數(shù)值。 電源、時鐘及復位電路是 STC單片機正常工作的必要條件。 2 系統(tǒng)硬件設計 本溫度測量系統(tǒng)的硬件設計主要包括溫度傳感器、信號調(diào)理電 路、 STC單片機計算轉(zhuǎn)換模塊、溫度顯示模塊組成。 2.1 溫度傳感器

11、本系統(tǒng)采用鉑熱電阻作為溫度傳感器。由于鉑熱電阻的阻值具 有隨著溫度的變化而改變的特性，因此能夠經(jīng)過間接測量鉑熱 電阻阻值的方法來間接測量溫度。另外鉑熱電阻具有輸出電勢 大、線性度好、靈敏度高、互換性好等優(yōu)點 ,適合作為本系統(tǒng)的溫 度傳感器。 鉑熱電阻在 0 ~850℃范圍內(nèi)其阻值與溫度的變化關系為： Rt R0 (1 At Bt 2 ) (2-1) 式中， t 為溫度值 R0為 0℃時鉑熱電阻的阻值 Rt為 t ℃時鉑熱電阻的阻值 A， B 為分度系數(shù)值。 常見的鉑熱電阻型號有 Pt100、 Pt500、 Pt1000。對于 PT1000 5 2020 年 4 月 19 日