基于鉑熱電阻的高精度測溫裝置

0 引言

　　在工業(yè)生產(chǎn)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(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)，許多生產(chǎn)過(guò)程都是在一定的溫度范圍內進(jìn)行的，需要測量和控制溫度，因此溫度測量的場(chǎng)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(chēng)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(yè)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(shù)，采用AD517及ADSlllO芯片和EL-700鉑熱電阻設計了一種具有無(wú)線(xiàn)發(fā)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(lái)實(shí)現信號檢測、處理及顯示。又可以利用無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊實(shí)現系統與計算機的無(wú)線(xiàn)通信，利用計算機實(shí)

　　現數據的分析、處理及打印。該測溫系統設計簡(jiǎn)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(chǎn)生電路、差分運算電路和AD517芯片組成。該電路采用兩個(gè)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(gè)PNP型的三極管T1、T2、T3和T4組成了兩個(gè)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(chǎn)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(guò)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(yè)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(gè)

　　合適的范圍，以方便后面的ADSlll0進(jìn)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(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)A/D轉換成數字信號之后送入單片機中進(jìn)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(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊實(shí)現與計算機之間的無(wú)線(xiàn)數據傳輸，把采集到的溫度信號送到計算機中進(jìn)行分析、處理及打印，從而實(shí)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(wú)線(xiàn)發(fā)射與接收等功能模塊組成，每一個(gè)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。

　　電源模塊為整個(gè)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(lái)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(jìn)行處理及放大之后經(jīng)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(lái)實(shí)現溫度的顯示及控制功能;LED數碼管顯示模塊用來(lái)顯示相應的溫度數值及溫標信息;通過(guò)按鍵控制模塊及相應的程序可以實(shí)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(gè)系統的靈魂，它是系統算法和功能實(shí)現的關(guān)鍵，整個(gè)測溫系統是在程序控制下進(jìn)行工作的，本系統的軟件設計中我們選擇以單片機C51語(yǔ)言為主，以匯編語(yǔ)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(gè)軟件系統主要有單片機主程序、鍵盤(pán)控制子程序、開(kāi)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。