摘要：設(shè)計了一種基于鉑熱電阻的高測溫裝置，該裝置以單片機為控制，采用熱電阻傳感器檢測目標的溫度信息，利用軟件編程完成溫度信息的計算處理及系統(tǒng)功能實現(xiàn)，并通過LED顯示相應(yīng)測量數(shù)據(jù)。該裝置具有溫度數(shù)據(jù)顯示、工作模式選擇、無線通信等功能。

　　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(shù)之一，物體的許多物理現(xiàn)象和化學性質(zhì)都與溫度有關(guān)，許多生產(chǎn)過程都是在一定的溫度范圍內(nèi)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(yīng)用廣泛的溫度傳感器，使用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(shù)為0．003851。鉑熱電阻溫度傳感器高、穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)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(jié)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(shè)計了一種具有無線發(fā)射與接收模塊的高測溫裝置。該裝置既可以單機工作，利用單片機來實現(xiàn)信號檢測、處理及顯示。又可以利用無線收發(fā)模塊實現(xiàn)系統(tǒng)與計算機的無線通信，利用計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理及打印。該測溫系統(tǒng)設(shè)計簡單，具有較高測溫分辨率及友好的人機界面，試驗數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)具有較高的測量。

　　1 硬件設(shè)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?shù)姆€(wěn)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(fù)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(wěn)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(jù)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(shù)把該裝置的測溫范圍設(shè)置為0～120℃。該測溫電路的AD517芯片為高、低溫漂的單片集成運算放大器，ADSlllO是業(yè)界封裝的6位△一∑型及輸入電壓范圍為0～2．048V的模數(shù)轉(zhuǎn)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(diào)整到一個合適的范圍，以方便后面的ADSlll0進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。圖中R9：和R10為比例放大電阻，RP為集成運放AD517的調(diào)零電阻，典型值為20kΩ。經(jīng)過放大電路調(diào)整后的輸出電壓典型值為Uo，即可作為ADSlll0輸入電壓，經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號之后送入單片機中進行處理。

　　1．2 總體設(shè)計

　　此基于EL-700鉑熱電阻傳感器的高測溫裝置既可以單機工作，又可以通過無線收發(fā)模塊實現(xiàn)與計算機之間的無線數(shù)據(jù)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(xiàn)數(shù)據(jù)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(fù)位、無線發(fā)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。

　　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(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADSlll0轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機中，由軟件編程來實現(xiàn)溫度的顯示及控制功能；LED數(shù)碼管顯示模塊用來顯示相應(yīng)的溫度數(shù)值及溫標信息；通過按鍵控制模塊及相應(yīng)的程序可以實現(xiàn)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(tǒng)的軟件設(shè)計

　　軟件是整個系統(tǒng)的靈魂，它是系統(tǒng)算法和功能實現(xiàn)的關(guān)鍵，整個測溫系統(tǒng)是在程序控制下進行工作的，本系統(tǒng)的軟件設(shè)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(shè)計思想，將該部分設(shè)計劃分為相應(yīng)的程序模塊，增強了程序的可移植性。整個軟件系統(tǒng)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(tǒng)上電后單片機首先進行系統(tǒng)初始化，之后程序執(zhí)行相應(yīng)的自檢子程序，檢測測溫系統(tǒng)是否有故障。系統(tǒng)默認進入的單機工作模式，在單機工作模式下，可以根據(jù)功能按鍵選擇不同的功能，通過系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的功能按鍵處理子程序來完成應(yīng)的功能，并在LED數(shù)碼管上顯示相應(yīng)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(tǒng)作為一個下位機，可以和遠程計算機進行無線通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行分析和處理。

　　3 試驗結(jié)果及分析

　　試驗數(shù)據(jù)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(shù)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(jīng)過電路的轉(zhuǎn)換及單片機的處理后，測得的溫度信息在LED數(shù)碼管上的顯示值如表l所示。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，本系統(tǒng)LED顯示值和真實值很接近；試驗過程中，由于測量環(huán)境及其它因素的影響，使得系統(tǒng)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(nèi)，從而證明了本測溫裝置完夠滿足實際的測量要求。

　　4 結(jié)論

　　文中以單片機為測溫裝置的控制及數(shù)據(jù)處理，設(shè)計了基于鉑熱電阻的高測溫裝置，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，利用高的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1110完成溫度信息的采集及A／D轉(zhuǎn)換，從提高了裝置的測量；通過單片機的軟件編程完成線性化算法及進行數(shù)據(jù)處理運算，并結(jié)合功能按鍵來實現(xiàn)系統(tǒng)的不同功能。試驗數(shù)據(jù)的結(jié)果表明，此測溫裝置具有較高的測量，具有非常廣泛的實際用途。

參考文獻:

[1]. AD517 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/AD517_1313964.html.
[2]. R10 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/R10_1193166.html.
[3]. ADS1110 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ADS1110_124682.html.