智能化温度仪器课程设计

现代仪器智能化温度仪器设计DESIGNOFINTELLECTURALIZEDTEMPERATUREINSTRUMENT学院名称机械工程学院专业班级测控技术与仪器0801班学生姓名学生学号指导教师2012年01月课程设计任务与技术指标实时测量现场温度，测温范围，C502测温精度，仪器采用便携式结构，能显示测量温度，并有非线性补偿与C50滤波功能。摘要本次课程设计采用铂电阻PT100作为传感器测量外界温度，由测定结果得出PT100的电阻温度函数关系，将温度信号直接转化为电信号。将铂电阻接入电桥测量现场温度，再经差动放大电路放大成05V的电压信号。然后通过ADC0809将运放所产生的电压进行A/D转换，再将信号送入AT89C52单片机通过编程进行非线性补偿并将电压信号转化为温度，最后经LED显示器显示测量温度。关键字铂电阻，温度测量，实时显示，A/D转化。ABSTRACTTHISCOURSEISDESIGNEDWITHAPT100PLATINUMRESISTANCETEMPERATURESENSOROUTSIDE,ANDTHENGAINTHERELATIONSHIPOFTEMPERATUREANDRESISTANCEFROMTHERESULTABOVE,ATLAST,TURNTHETEMPERATURESIGNALINTOELECTRICSIGNALACCESSTOBRIDGETHEPLATINUMRESISTANCETEMPERATUREMEASUREMENTSITE,ANDTHENZOOMTHROUGHTHEDIFFERENTIALAMPLIFIERCIRCUITINTOAVOLTAGESIGNAL05VTHENWILLBECOLLECTEDADC0809ANALOGSIGNALSINTODIGITALSIGNALSANDTHENDIGITALSIGNALINTOTHEAT89C52MICROCONTROLLERPROGRAMMEDTONONLINEARCOMPENSATIONANDTURNTHEVOLTAGESINGALINTOTEMPERATURE,ANDFINALLYTHROUGHTHELEDDISPLAYSHOWSTHETEMPERATUREMEASUREMENTKEYWORDSPLATINUMRESISTANCE,TEMPERATUREMEASUREMENT,REALTIMEDISPLAY，ANALOGSIGNALSINTODIGITALSIGNALS目录现代仪器1引言4一、总体设计方案511设计方案论证512方案的总体设计框图5二、元器件选择与说明521铂电阻温度传感器522运算放大器623ADC0809模数转换器724AT89C52单片机825LED数码显示管9267805稳压管102774LS04反相器10三、电路设计1131电源电路1132晶振电路1133电桥放大电路1134A/D转换器与单片机电路12四、软件设计1341接口标定1442主程序1443中断子程序1544显示子程序16五、课程设计心得体会18参考文献19引言现代科技对于温度测量与精确显示的需求越来越高，实现温度测量的方法也有很多,一般都采用铂电阻测量，具有准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等优点，因此铂电阻测温也被广泛使用。根据本次设计的任务指标，采用PT100铂电阻来实现对温度的测量。铂电阻温度传感器是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的温度传感器。由于铂电阻的特性曲线是非线性的,标准的电阻与温度关系是以分度表的形式给出的。PT100铂电阻的测温范围是200600,在0时电阻为100。首先需要测试PT100的温度电阻变化关系,从而得到它们的函数表达式。已知PT100的电阻温度关系曲线是非线性的,所以必须采用一种近似。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBYTES的可反复擦写的FLASH只读程序存储器和256BYTES的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。本次课程设计采用铂电阻PT100作为传感器测量外界温度，将铂电阻接入电桥测量现场温度，再经差动放大电路放大成05V的电压信号。然后通过ADC0809将运放所产生的电压进行A/D转换，再将信号送入AT89C52单片机通过编程进行非线性补偿并将电压信号转化为温度，输出相应的温度并送入四位八段数码显示管动态显示。一、总体设计方案11设计方案论证本次设计采用铂电阻传感器以测量温度，将铂电阻接入电桥电路，由于电桥电路输出的电压信号过于微弱，所以将电压信号接入差动放大电路，构成电桥放大电路。再将放大电路所输出的模拟电压信号通过A/D转化为数字信号，并送入单片机。通过单片机内存放的转换程序对所得到的数字信号进行所需要的处理，如进行非线性补偿、各种进制的转换等，最后得出在允许误差范围内的测量温度值，最后通过4位LED显示器显示所测得的温度。对于放大电路，根据设计可分为一级放大、二级放大和三级放大电路。三、二级放大设计的方法可以将每一级的放大倍数设计成个位数，但是系统随着放大器个数的增加而不稳定。一级放大器设计方法输出稳定，设计简单，但是放大倍数比较大，可能导致放大饱和。最终通过搭电路试验确定，采用一级放大系统比较稳定。12方案的总体设计框图整体电路设计方框图如下图二、元器件选择与说明21铂电阻温度传感器本次设计采用线性度较好的PT100铂电阻接入电桥电路。PT100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0时阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为1385欧姆。工业原理当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式200DEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARUCHARCODETABLE0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90,0XBFUCHARDISP4UCHARDISP14/定义数组变量SBITSTP30/定义START引脚SBITOEP31/定义OE引脚图34SBITEOCP32/定义EOC引脚SBITP17P17/定义数码管小数点INTGETDATA,TEMP2、主程序初始化调用AD转换子程序调用中值滤波子程序调用温度变换子程序调用非线性补偿子程序调用显示子程序结束开始VOIDDELAYUINTZVOIDDISPLAYVOIDDISPLAY1VOIDINITIALVOIDMAININITIAL/调用初始化函数WHILE1OE0/刚开始禁止将转换结果输出ST0ST1ST0/启动AD转换开始WHILEEOC0/等待转换结束OE1/允许转换结果输出GETDATAP0/将转换结果赋值给变量GETDATAOE0/禁止转换结果输出/温度电压算法TEMPGETDATA10/255500/将得到的数据进行处理IFTEMP132TEMPTEMP1326364/043491DISP0TEMP10/取得个位数DISP1TEMP/1010/取得十位数DISP2TEMP/10010/取得百位数DISP3TEMP/1000/取得千位数DISPLAY/调用显示子程序ELSETEMP1322TEMP/045DISP10TEMP10DISP11TEMP/1010/取得十位数DISP12TEMP/10010/取得百位数DISP1310/取得千位数DISPLAY1/调用显示子程序3、中断子程序VOIDDELAYUINTZUINTX,YFORXZX0XFORY110Y0YVOIDINITIAL/中断服务程序初始化TMOD0X01TH06553620/256TL06553620256EA1ET01TR014、显示子程序VOIDDISPLAY/将显示结果在数码管中显示P20XF7P1TABLEDISP0DELAY1P20XFBP1TABLEDISP1P170DELAY1P20XFDP1TABLEDISP2DELAY1P20XFEP1TABLEDISP3DELAY1开始小数点延时及显示个位延时及显示十位延时及显示百位延时及显示返回VOIDDISPLAY1P20XF7P1TABLEDISP10DELAY1P20XFBP1TABLEDISP11P170DELAY1P20XFDP1TABLEDISP12DELAY1P20XFEP1TABLE10DELAY1五、课程设计心得体会为期三周的课程设计结束了，此次课程设计不仅巩固了我们之前所学的知识，更让我们学到了课堂上学不到的东西。我也终于明白了以前课堂上老师强调的程序流程图的重要性，设计需要从总体上把握，并将之分解成数个高度集中的独立模块，只有这样才能利用最短的时间编写出最有效率的程序。本次课程设计前期准备非常充分，从网络和图书馆查找了很多资料，另外，从实验课基础知识入手，认真阅读任务书和电子钟设计要求，制定了设计计划第一步，分析课程题目，先把设计要求搞明白，确定大概的步骤。第二步，查找资料掌握相应指令和芯片的具体用法，为后面写程序奠定基础。第三步，写程序，这是最重要的步骤，也是最难的步骤。根据相关资料，把每一个语句写出来，有一些从网上找到或者将书中程序直接写进去，然后慢慢理解贯通，变成自己的程序。程序写作过程是和同学一起完成的，虽说碰到的问题有很多，但都被我们一一解决，这个过程是缓慢而痛苦的，好在大家齐心协力，一起研究，相互鼓励，共当患难。第四步，程序调试，整理修改，完成试验报告。本来以为这是比较简单的步骤。可是，事实证明，这一步也很难。在所有程序完成后，准备写实验报告时，我调试的程序出现了错误，没有得到理想的实验结果，不得不花时间重新整理，计算误差。在写实验报告中画流程图和原理图又花费了比想象中多了很多的时间。通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础说实话，课程设计真的有点累然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这3周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感悟通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心、细致课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱就整体的硬件电路的连接，我们小组经过耐心的排查，连接了五次，又经过向别的小组的成员请教，才小有成果。在整个的设计过程中，我的同学们给了我很大的帮助，帮我解决了很多问题，而老师给予的及时帮助更是发挥了很大作用，在此，我要特别感谢给予我帮助的老师，还有一起排除困难的同学们。通过这次课程设计设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发