在現(xiàn)實(shí)生活中，測(cè)溫裝置有多種形式，但大多數(shù)都存在測(cè)溫范圍小的缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用范圍。 例如，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、船舶等的溫度。通常相對(duì)較高，使用普通溫度計(jì)很難測(cè)量它們。使用大型溫度測(cè)量設(shè)備不僅測(cè)量成本高，而且難以攜帶。 本文設(shè)計(jì)了一種便攜式、實(shí)用、適應(yīng)高溫環(huán)境的高溫溫度計(jì)。 高溫溫度計(jì)的原理框圖如圖1所示。 該系統(tǒng)基于Pt100的高溫溫度計(jì)。Pt100模擬溫度傳感器采集環(huán)境溫度，然后通過a/d轉(zhuǎn)換將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。單片機(jī)接收數(shù)據(jù)并處理后，測(cè)量的溫度值顯示在液晶顯示屏上 1.系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)1.1電源電路系統(tǒng)與3節(jié)電壓接近4.5V的5號(hào)干電池串聯(lián)，正好滿足設(shè)計(jì)電源電壓要求。 功率處理芯片的選擇側(cè)重于高效率、低工作電壓和小體積。經(jīng)過仔細(xì)比較，選擇了以下功率處理芯片 TL431是一種三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源，具有良好的熱穩(wěn)定性。 它的輸出電壓可以用兩個(gè)電阻任意設(shè)置為VERF 2.5 ~ 36V范圍內(nèi)的任何值。 本文將它作為電橋測(cè)溫電路的參考電壓，有許多應(yīng)用，如并聯(lián)校準(zhǔn)器、串聯(lián)校準(zhǔn)器、開關(guān)校準(zhǔn)器、電壓基準(zhǔn)等。 在T1431和電源引腳之間增加100ω；電阻用于限流，接地引腳端直接接地，2.5V的電壓輸出連接到電橋測(cè)溫電路作為參考電壓。請(qǐng)注意，參考電壓必須穩(wěn)定，否則溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性將受到影響。 LM1117是一款電壓輸出穩(wěn)定的校準(zhǔn)器，可輸出1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V等穩(wěn)定電壓。 在設(shè)計(jì)中，LM1117用于將電壓穩(wěn)定在3.3V，為模數(shù)轉(zhuǎn)換器和放大器提供穩(wěn)定的電壓保證。 電源引腳和接地引腳之間增加了電容C4和C5，用于去耦濾波。 Intersil生產(chǎn)的ICL7660是一款提供雙電壓的COMS集成芯片。它在提供正負(fù)電壓方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 ICL7660可提供+1.5 ~+10 V和-1.5 ~-10 V的正負(fù)電壓 ICL7660的正輸出電壓Vout+和負(fù)輸出電壓分別連接到INA126電源的正極和負(fù)極 電源模塊的電路原理如圖2所示。 圖2中，VCC5為電源電壓，通過LM1117芯片輸出3.3V，并向INA126(儀表放大器)、ADS7816和ICL7660供電。 通過TL431輸出2.490伏的電壓，為橋式放大器電路和ADS7816提供穩(wěn)定的參考電壓。 ICL7660將+3.3V轉(zhuǎn)換為-3.3V，為儀表放大器提供負(fù)電壓。 VCC直接連接到主電源，因?yàn)閱纹瑱C(jī)和液晶顯示器的工作電壓范圍很寬。 1.2a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊由于Pt100是模擬溫度傳感器，溫度測(cè)量范圍寬，設(shè)計(jì)采用ADS7816。a/d電路圖如圖3所示 引腳VREF連接到電橋測(cè)溫電路的參考電壓，引腳+IN信號(hào)數(shù)據(jù)輸入端口連接到INA126運(yùn)算放大器的輸出端，引腳-IN和GND分別接地 引腳CS芯片選擇端子連接到單片機(jī)P1.6端口，低電平有效。當(dāng)P1.6端口設(shè)置為低電平時(shí)，模數(shù)門控開始工作 引腳Dout信號(hào)的數(shù)據(jù)輸出端口連接到單片機(jī)的P1.5端口，用于模數(shù)轉(zhuǎn)換后讀取數(shù)據(jù) 管腳鎖定(Pin LOCK)時(shí)鐘信號(hào)端口連接到單片機(jī)的P1.4端口，單片機(jī)的P1.4端口提供a/d連續(xù)時(shí)鐘脈沖，保證正常的a/d數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和讀取。 引腳VCC通過LM1117連接到3.3V的穩(wěn)定輸出電壓 本設(shè)計(jì)以STC的89C52單片機(jī)為核心，系統(tǒng)采用89C52單片機(jī)讀取和處理模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，然后控制液晶顯示器，這是本設(shè)計(jì)中所有器件的核心模塊。 單片機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間連接的電路圖如圖3所示。 1.3顯示模塊基于液晶1602顯示內(nèi)容豐富、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，選擇液晶1602作為顯示模塊 液晶的苐yi引腳為接地引腳，引腳VCC連接電源，液晶的引腳VL的外部電源與10k串聯(lián)；背面的電位計(jì)接地，用于調(diào)整液晶的亮度對(duì)比度，使其顯示清晰準(zhǔn)確。 引腳RS連接至微控制器的P1.0 RW引腳連接到單片機(jī)P1.1 引腳EN連接到單片機(jī)的P1.2，是液晶的使能引腳。 液晶的數(shù)據(jù)端口(引腳7-14)與單片機(jī)的P0.0~P0.7端口相連，液晶的數(shù)據(jù)端口采用8位并行端口方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 引腳15和16是液晶背光的正電極和負(fù)電極，它們分別連接到VCC和GND。 液晶連接的電路圖如圖4所示。 1.4 PT 100測(cè)溫電路系統(tǒng)的測(cè)溫模塊由兩個(gè)1kω組成；電阻、電位計(jì)和Pt100構(gòu)成電橋溫度測(cè)量電路。 電橋溫度測(cè)量的原理如圖5所示。 通過TL431將電橋的輸入電壓穩(wěn)定在2.5V，測(cè)量電橋的實(shí)際輸入電壓為2.49V 電橋的四個(gè)電橋臂之一使用電位計(jì)，因?yàn)檩斎脒\(yùn)算放大器的差分電壓信號(hào)可以通過調(diào)整電位計(jì)來調(diào)整，電位計(jì)用于調(diào)整設(shè)計(jì)中的零點(diǎn)。 pt 100數(shù)據(jù)手冊(cè)中推薦使用LM358芯片來放大差分信號(hào)。由于LM1117提供給運(yùn)算放大器的電壓僅為3.3V，低電源電壓將導(dǎo)致運(yùn)算放大器工作異常。電壓放大系數(shù)與理論計(jì)算放大系數(shù)之間的誤差很大，直接導(dǎo)致放大系數(shù)不穩(wěn)定，影響溫度測(cè)量。 通過比較和選擇，發(fā)現(xiàn)INA126精密儀表放大器具有高精度、低噪聲差分信號(hào)采集的優(yōu)點(diǎn)。它的兩個(gè)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)用于提供極低的靜態(tài)電流(175毫安/安)，并結(jié)合寬工作電壓范圍& plusmn1.35 ~ & plusmn18V，使其成為高性能運(yùn)算放大器。 因此，INA126被用作運(yùn)算放大器，并且在測(cè)試后發(fā)現(xiàn)放大因子是穩(wěn)定的。 系統(tǒng)的放大倍數(shù)約為6.27倍 由于INA126需要雙電源，ICL7660用于電壓轉(zhuǎn)換，因此可以很容易地獲得負(fù)電壓為INA126提供雙電源。 橋信號(hào)由INA126差分放大 橋式差分放大器電路圖如圖6所示。 通過電位計(jì)R6的零點(diǎn)調(diào)整，可以獲得50.012毫伏 INA126差分放大U+和U_，放大電壓U0=F倍；(U+-U_)，f是電壓放大系數(shù)，f = 6.27 因此，獲得了Pt100的電阻值和由INA126放大的電壓之間的關(guān)系。U0被送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)計(jì)算Pt100的電阻值，然后查表。當(dāng)檢測(cè)到的電阻值與表中的電阻值相似時(shí)，獲得此時(shí)的溫度值，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送出去顯示在液晶顯示屏上。 2.軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件包括溫度采集部分、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和接收結(jié)果處理顯示部分。 整個(gè)程序用C語言編寫，采用模塊化程序設(shè)計(jì)。 該設(shè)計(jì)使用Pt100模擬溫度傳感器收集數(shù)據(jù)。單片機(jī)上電后，Pt100的電阻因溫度變化而變化，然后電橋測(cè)溫電路的電壓值發(fā)生變化。經(jīng)過差分放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，發(fā)送到單片機(jī)。 單片機(jī)總是等待模數(shù)轉(zhuǎn)換值的到來。因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)只需要測(cè)量溫度，所以沒有采樣周期。讀取模數(shù)的程序進(jìn)入無限循環(huán)。 在設(shè)計(jì)中，由于Pt100的電阻值與溫度沒有線性關(guān)系，設(shè)計(jì)使用Matlab擬合函數(shù)創(chuàng)建電阻-溫度對(duì)應(yīng)表，并查詢?cè)摫淼玫綔囟戎? 程序啟動(dòng)后，液晶屏和模數(shù)被初始化，然后液晶屏被確定為空閑狀態(tài)，調(diào)用液晶屏寫地址命令函數(shù)使液晶屏顯示兩行，然后調(diào)用液晶屏寫數(shù)據(jù)函數(shù)在第1行寫溫度計(jì)英語溫度計(jì)，從查找表中獲得的溫度值被寫入第2行 模數(shù)模塊首先初始化模數(shù)，然后將模數(shù)轉(zhuǎn)換器的CS引腳和時(shí)鐘CLK拉至高電平，然后將模數(shù)轉(zhuǎn)換器拉至低電平以開始采樣。 編寫程序時(shí)，應(yīng)注意在采樣數(shù)據(jù)之前向模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送兩個(gè)下降沿脈沖。 實(shí)驗(yàn)證明，如果直接進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)會(huì)有較大誤差。 采樣完成后，將CS引腳拉至高電平，停止采樣并返回值 然后執(zhí)行下一組數(shù)據(jù)的采樣 主程序的流程圖如圖7所示。 3.系統(tǒng)測(cè)試液晶模塊的硬件電路接通后，打開電源，調(diào)節(jié)與液晶顯示器相連的電位器，使液晶顯示器亮度適中。顯示結(jié)果與預(yù)期結(jié)果相同。液晶模塊測(cè)試正常。 當(dāng)電源打開時(shí)，Pt100開始測(cè)量溫度。以水銀溫度計(jì)為參考，計(jì)算Pt100溫度測(cè)量的誤差。 Pt100的溫度測(cè)量結(jié)果如表1所示。 由于設(shè)計(jì)溫度計(jì)精度僅為1℃，小數(shù)點(diǎn)后的溫度值均為0。經(jīng)過測(cè)試和計(jì)算，溫度測(cè)量的平均誤差為2.5% 4.在程序模塊中，結(jié)束語直接由公式計(jì)算，而不是在開始時(shí)使用查找表的方法，導(dǎo)致較大的誤差。 經(jīng)過不斷修改，發(fā)現(xiàn)查表法很好地解決了這個(gè)問題。在系統(tǒng)的大規(guī)模溫度測(cè)量中，這種誤差在高溫環(huán)境下影響很小。 該系統(tǒng)可用于高溫環(huán)境，測(cè)溫準(zhǔn)確，操作方便，成本低，實(shí)用性強(qiáng)。 它還可以改進(jìn)成無線收發(fā)器系統(tǒng)，成為遠(yuǎn)程溫度測(cè)量控制系統(tǒng)。

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