溫度傳感器測量電路.doc
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pt100溫度傳感器測量電路溫度傳感器PT100是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器,可以工作在 -200 至 650 的范圍.本電路選擇其工作在 -19 至 500 范圍.整個(gè)電路分為兩部分,一是傳感器前置放大電路,一是單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換和顯示,控制,軟件非線性校正等部分.前置放大部分原理圖如下:工作原理:傳感器的接入非常簡單,從系統(tǒng)的 5V 供電端僅僅通過一支 3K92 的電阻就連接到 PT100 了.這種接法通常會引起嚴(yán)重的非線性問題,但是.由于有了單片機(jī)的軟件校正作為后盾,因此就簡化了傳感器的接入方式.按照 PT100 的參數(shù),其在 0 到 500 的區(qū)間內(nèi),電阻值為 100 至 280.9,我們按照其串聯(lián)分壓的揭發(fā),使用公式:Vcc/(PT100+3K92)* PT100 = 輸出電壓(mV),可以計(jì)算出其在整百時(shí)的輸出電壓,見下面的表格:溫度 PT100 阻值 傳感兩端電壓 mV0100.00124.381100.39124.850119.40147.79100138.51170.64150157.33192.93200175.86214.68250194.10235.90300212.05256.59350229.72276.79400247.09296.48450264.18315.69500280.98334.42單片機(jī)的 10 位 A/D 在滿度量程下,最大顯示為 1023 字,為了得到 PT100 傳感器輸出電壓在顯示 500 字時(shí)的單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換輸入電壓,必須對傳感器的原始輸出電壓進(jìn)行放大,計(jì)算公式為:(500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓( mV/ ) ,(Vcc系統(tǒng)供電5V),可以得到放大倍數(shù)為 10.466 。關(guān)于放大倍數(shù)的說明:有熱心的用戶朋友詢問,按照 (500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓不能得到 10.466 的結(jié)果,而是得到 11.635的結(jié)果。實(shí)際上,500 個(gè)字的理想值是無法靠電路本身自然得到的,自然得到的數(shù)字僅僅為 450 個(gè)字,因此,公式中的 500 在實(shí)際計(jì)算時(shí)的取值是 450 而不是 500 。450/1023*5/(0.33442-0.12438)10.47 。其實(shí),計(jì)算的方法有多種,關(guān)鍵是要按照傳感器的 mV/ 為依據(jù)而不是以被測溫度值為依據(jù),我們看看加上非線性校正系數(shù):10.47*1.1117=11.639499 ,這樣,熱心朋友的計(jì)算結(jié)果就吻合了。運(yùn)算放大器分為兩級,后級固定放大 5 倍(原理圖中 12K/3K+1=5),前級放大為:10.465922/5=2.0931844 倍,為了防止調(diào)整時(shí)的元器件及其他偏差,使用了一只精密微調(diào)電位器對放大倍數(shù)進(jìn)行細(xì)調(diào),可以保證比較準(zhǔn)確地調(diào)整到所需要的放大倍數(shù)(原理圖中 10K/(8K2+Rw)+1)。通常,在溫度測量電路里,都會有一個(gè)“調(diào)零”和另一個(gè)“調(diào)滿度”電位器,以方便調(diào)整傳感器在“零度”及“滿度”時(shí)的正確顯示問題。本電路沒有采用兩只電位器是因?yàn)橹灰傲愣取闭{(diào)整準(zhǔn)確了,就可以保證整個(gè)工作范圍的正確顯示,當(dāng)然也包括滿度時(shí)的最大顯示問題了。那么,電路中對“零度”是如何處理的呢?它是由單片機(jī)程序中把這個(gè)“零度”數(shù)字直接減掉就是了,在整個(gè)工作范圍內(nèi),程序都會自動減掉“零度”值之后再作為有效數(shù)值來使用。當(dāng)供電電壓發(fā)生偏差后,是否會引起傳感器輸入的變化進(jìn)而影響準(zhǔn)確度呢?供電變化后,必然引起流過傳感器的電流發(fā)生變化,也就會使傳感器輸出電壓發(fā)生變化??墒牵源送瑫r(shí),單片機(jī)的供電也是在同步地接受到這種供電變化的,當(dāng)單片機(jī)的 A/D 基準(zhǔn)使用供電電壓時(shí),就意味著測量基準(zhǔn)也在同步同方向發(fā)生變化,因此,只要參數(shù)選擇得當(dāng),系統(tǒng)供電的變化在 20% 之內(nèi)時(shí),就不會影響測量的準(zhǔn)確度。(通常單片機(jī)系統(tǒng)并不允許供電有過大的變化,這不僅僅是在溫度測量電路中的要求。)后級單片機(jī)電路的原理圖如下:從傳感器前置放大電路輸出的信號,就送入到 HT46R23 的 A/D 轉(zhuǎn)換輸入端口(PB0/AN0),由單片機(jī)去進(jìn)行各種必需的處理。首先是進(jìn)行軟件非線性校正,把輸入信號按照不同的溫度值劃分為不同段,再根據(jù)其所在的段分別乘以不同的補(bǔ)償系數(shù),令其與理論值盡量接近,經(jīng)過非線性校正的數(shù)字,才被送去進(jìn)行顯示,比較用戶設(shè)定的控制值等等。各段的非線性補(bǔ)償系數(shù)見下列表格(僅僅列出主要段的數(shù)據(jù),非全部表格內(nèi)容):傳感電壓mV/內(nèi)部AD讀數(shù)校正系數(shù)124.3781供電電阻=3K921%,供電電壓=5.000V1%124.84500.46701.001.0000147.79420.468350.140.9972170.64140.462699.061.0095192.93260.4570146.801.0218214.68020.4515193.361.0343235.89610.4461238.791.0469256.59180.4407283.111.0597276.78980.4355326.361.0724296.47790.4302368.521.0854315.68910.4251409.651.0985334.42200.4201449.761.1117本電路還有一個(gè)特點(diǎn),就是用戶可以在工作范圍內(nèi),任意設(shè)定 3 個(gè)超限控制值。當(dāng)測量顯示值大于設(shè)定值的時(shí)候,對應(yīng)的控制端口就會輸出高電平。利用這個(gè)高電平信號,再外接一級三極管驅(qū)動繼電器的電路,就可以實(shí)現(xiàn)自動控制。在某一個(gè)控制端口輸出高電平的同時(shí),與之串聯(lián)的 LED 發(fā)光管會同時(shí)點(diǎn)亮,以便提示使用者是哪一個(gè)設(shè)定值在輸出控制信號。電路中的 24C02 是電存儲器,可以把使用者設(shè)定的控制值可靠地保存起來,即使掉電也不會丟失數(shù)據(jù)。電路圖中還有 3 只按鍵,它們分別是“設(shè)定”、“加置數(shù)”和“減置數(shù)”操作按鍵,用于使用者進(jìn)行超限值的設(shè)置。使用方法如下:按動一下設(shè)定鍵,屏幕顯示“1-”,表示現(xiàn)在進(jìn)入第一個(gè)超限值的設(shè)置,三秒后屏幕自動跳轉(zhuǎn)到顯示“*”并閃爍(* 代表原來電存儲器里儲存的超限數(shù)值),然后,按壓加數(shù)鍵(或減數(shù)鍵),屏幕上的最低位的數(shù)字就會加一(或減一),如果按住按鍵三秒以上不放開,屏幕上的前兩位數(shù)字就會快速進(jìn)行加數(shù)(或減數(shù))。把屏幕上的數(shù)字調(diào)整到所需要的數(shù)字后,這個(gè)超限值就設(shè)置完成了。接著,再按動一下設(shè)定鍵屏幕顯示“2-”,表示現(xiàn)在進(jìn)入第二個(gè)超限值的設(shè)置,三秒后屏幕自動跳轉(zhuǎn)到顯示“*”并閃爍.,接下來的操作與第一個(gè)超限值的操作完全一樣。第三個(gè)超限值的設(shè)置與上面兩個(gè)完全一樣。當(dāng)設(shè)置好 3 個(gè)超限值之后,還必須最后按動一下設(shè)定鍵,退出設(shè)定狀態(tài)而返回正常工作狀態(tài)。如果忘記了這最后一次按動退出的操作,程序就會等待 10 秒之后,自動返回正常工作狀態(tài)。簡易調(diào)試方法:可以使用 100 的電阻來模擬 PT100 在 0 的阻值,接入傳感器輸入端,看看顯示是否 =000,如果不對,可以調(diào)整微調(diào)電位器來達(dá)到;然后用一只 281 的電阻來模擬 PT100 在 500 時(shí)傳感器的電阻值,顯示應(yīng)該在 500 字1字;最后,使用一只 194 的電阻來代替 250 傳感器電阻輸入,應(yīng)該顯示 2501 字.如果經(jīng)過上面調(diào)試沒有問題,就可以接入真正的 PT100 傳感器投入使用了.(真正的傳感器也有誤差,可以微調(diào)一下前置放大的電位器來校正它。)在實(shí)際工作中,要求電路的供電電壓為 5V5%.如果測量顯示值大于某一個(gè)超限值,對應(yīng)的控制端口就會立即輸出高電平。如果傳感器發(fā)生開路故障,顯示就會出現(xiàn)HHH,如果傳感器及其引線發(fā)生了短路,顯示就會立即出現(xiàn)LLL.為了防止傳感器出現(xiàn)開路或者短路之后可能會引起的不良后果,這時(shí)候,3 個(gè)控制輸出端口都會優(yōu)先關(guān)閉。- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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