- 熱電阻測溫電路硬件設計
- 測溫系統的軟件設計
- 利用EL-700鉑熱電阻溫度傳感器監測溫度
- 軟件編程來實現溫度的顯示及控制功能
在工業生產和日常生活中，溫度是需要測量和控制的重要參數之一，物體的許多物理現象和化學性質都與溫度有關，許多生產過程都是在一定的溫度范圍內進行的，需要測量和控制溫度，因此溫度測量的場合極其廣泛。熱電阻是工程上應用廣泛的溫度傳感器，使用最多的鉑熱電阻溫度傳感器零攝氏度標稱中阻值為100Ω和10Ω，電阻變化系數為0．003851。鉑熱電阻溫度傳感器精度高、穩定性好，應用溫度范圍廣，是中低溫區最常用的一種溫度傳感器，不僅廣泛用于工業測溫，而且被制成各種標準溫度計供計量和校準使用。
該裝置結合單片機和傳感器技術，采用AD517及ADSlllO芯片和EL-700鉑熱電阻設計了一種具有無線發射與接收模塊的高精度測溫裝置。該裝置既可以單機工作，利用單片機來實現信號檢測、處理及顯示。又可以利用無線收發模塊實現系統與計算機的無線通信，利用計算機實現數據的分析、處理及打印。該測溫系統設計簡單，具有較高測溫分辨率及友好的人機界面，試驗數據表明，系統具有較高的測量精度。
1硬件設計
1．1熱電阻的測溫電路
熱電阻的測溫電路如圖1所示，該電路由毫安級恒流源產生電路、差分運算電路和AD517芯片組成。該電路采用兩個完全相同的毫安級恒流源分別給熱電阻RT和標準參考電阻Rf供電。在恒流源電路中，VD1和VD2為帶溫度補償的穩壓二極管，四個PNP型的三極管T1、T2、T3和T4組成了兩個PNP型復合管，其目的是為了提高放大器的增益，減小誤差，以便提高恒流源的穩定度。恒流源與RT和Rf(Rf取為Rf=100Ω)與地組成的電路產生的電壓作為差分運算電路的輸入信號，根據電路的組成，可以得到差分運算電路的輸出電壓是與熱電阻的阻值成正比的，通過選擇合適的元器件參數把該裝置的測溫范圍設置為0～120℃。
該測溫電路的AD517芯片為高精度、低溫漂的單片集成運算放大器，ADSlllO是業界最小封裝的6位△一∑型及輸入電壓范圍為0～2．048V的模數轉換芯片。測溫電路中AD517的作用是將差分運算電路的輸出電壓調整到一個合適的范圍，以方便后面的ADSlll0進行模數轉換。圖中R9：和R10為比例放大電阻，RP為集成運放AD517的調零電阻，典型值為20kΩ。經過放大電路調整后的輸出電壓典型值為Uo，即可作為ADSlll0輸入電壓，經過A／D轉換成數字信號之后送入單片機中進行處理。
1．2總體設計
此基于EL-700鉑熱電阻傳感器的高精度測溫裝置既可以單機工作，又可以通過無線收發模塊實現與計算機之間的無線數據傳輸，把采集到的溫度信號送到計算機中進行分析、處理及打印，從而實現數據的遠距離傳輸與處理。測溫裝置主要由溫度信號的檢測與采集電路、LED顯示、按鍵控制、電源、報警及復位、無線發射與接收等功能模塊組成，每一個電路模塊完成一定的功能，測溫裝置的硬件總體組成框圖如圖2所示。
[page]電源模塊為整個裝置提供電源，在單機工作模式下，利用EL-700鉑熱電阻溫度傳感器來檢測被測物體的溫度信息，傳感器的輸出信號由測溫電路模塊進行處理及放大之后經模數轉換器ADSlll0轉換為數字信號送入單片機中，由軟件編程來實現溫度的顯示及控制功能；LED數碼管顯示模塊用來顯示相應的溫度數值及溫標信息；通過按鍵控制模塊及相應的程序可以實現裝置的工作模式選擇、攝氏溫度與華氏溫度顯示選擇等功能。
2系統的軟件設計
軟件是整個系統的靈魂，它是系統算法和功能實現的關鍵，整個測溫系統是在程序控制下進行工作的，本系統的軟件設計中我們選擇以單片機C51語言為主，以匯編語言為輔，采用模塊化的設計思想，將該部分設計劃分為相應的程序模塊，增強了程序的可移植性。整個軟件系統主要有單片機主程序、鍵盤控制子程序、開機自檢子程序、溫度檢測及顯示子程序、中斷子程序等。單片機主程序流程圖如圖3所示。
系統上電后單片機首先進行系統初始化，之后程序執行相應的自檢子程序，檢測測溫系統是否有故障。系統默認進入的單機工作模式，在單機工作模式下，可以根據功能按鍵選擇不同的功能，通過系統調用相應的功能按鍵處理子程序來完成應的功能，并在LED數碼管上顯示相應的溫度信息，具有非常好的人性化特點；在無線工作模式下，此時系統作為一個下位機，可以和遠程計算機進行無線通信，實現數據的遠距離傳輸，利用計算機強大的信息處理功能，把下位機傳送過來的數據進行分析和處理。
3試驗結果及分析
試驗數據通過對普通熱水器加熱中的水溫進行測量取得，測量中采用實驗用高精密數字測溫儀的示值溫度作為被測物體溫度檢測點的溫度真實值，本測溫裝置測得的溫度信息經過電路的轉換及單片機的處理后，測得的溫度信息在LED數碼管上的顯示值如表l所示。從表中的數據可以看出，本系統LED顯示值和真實值很接近；試驗過程中，由于測量環境及其它因素的影響，使得系統的測量值在真實值上下波動，但溫度的實際相對誤差始終保持在1％以內，從而證明了本測溫裝置完全能夠滿足實際的測量要求。
文中以單片機為測溫裝置的控制及數據處理核心，設計了基于鉑熱電阻的高精度測溫裝置，具有兩種工作模式；采用兩個完全相同的毫安級恒流源分別給熱電阻和參考電阻供電，利用高精度的模數轉換芯片ADS1110完成溫度信息的采集及A／D轉換，從提高了裝置的測量精度；通過單片機的軟件編程完成線性化算法及進行數據處理運算，并結合功能按鍵來實現系統的不同功能。試驗數據的結果表明，此測溫裝置具有較高的測量精度，具有非常廣泛的實際用途。
