基于鉑電阻的數字測溫系統設計

在企業開發的過程控制系統中，溫度范圍為-100℃ ~ 600℃，測量誤差小于1% 根據本系統的溫度測量要求，選用高精度鉑電阻作為溫度傳感器。MSP430F149內部的12位分辨率模數轉換器模塊用于模數轉換。 該測溫系統具有功耗低、結構簡單、使用方便等優點，可擴展到多通道測溫等。 介紹某企業開發的過程控制系統，溫度范圍為-100℃ ~ 600℃，測量誤差小于1% 根據本系統的溫度測量要求，選用高精度鉑電阻作為溫度傳感器。MSP430F149內部的12位分辨率模數轉換器模塊用于模數轉換。 該測溫系統具有功耗低、結構簡單、使用方便等優點，可擴展到多通道測溫等。 1.硬件設計基于測試系統所需的測量范圍。選擇的傳感器是鉑電阻PT100。Pt100的測量范圍是-200到850。線性度可以從PT100的分度表中計算出來，不能滿足測量精度的要求。因此，需要一種具有線性補償的信號調節電路。線性補償電路利用XTR105芯片在整個溫度測量范圍內匹配電阻，滿足設計要求。 用于模數轉換的12位分辨率模數轉換器 液晶顯示器為2行2倍；16列字符液晶顯示器 系統的電路框圖如圖1所示。 1.1MSP430微控制器MSP430是一款新開發的帶閃存的16位總線微控制器。由于其高性價比和集成度，msp430受到許多技術開發人員的青睞。 它采用16位總線，外設和內存統一尋址，尋址范圍可達64K，內存可向外擴展。 它具有統一的中斷管理、豐富的片內外設模塊、片內精密硬件乘法器、兩個16位定時器、一個12位模數轉換器、一個看門狗、六個輸入/輸出端口、兩個USART通信端口、一個比較器、一個DCO內部振蕩器和兩個外部時鐘，支持8M時鐘 對于閃存類型，有一個非常方便的開發和調試環境。由于器件芯片具有可電擦除的JTAG調試接口和閃存，程序首先通過JTAG接口下載到閃存中，然后JTAG接口控制程序運行，讀取芯片上的CPU狀態，以及供設計人員調試的內存內容信息。整個開發可以在相同的軟件集成環境中進行 這種方法只需要一臺PC機和一個JTAG調試器，不需要一個特殊的仿真器和程序員。 開發語言包括匯編語言和C語言。 1.2 Pt 100溫度傳感器的溫度是代表物體冷熱程度的物理量。它可以通過物體隨溫度變化的某些特性(如電阻、電壓變化和其他特性)間接測量。金屬鉑的電阻值隨溫度變化而變化，具有良好的重現性和穩定性。由鉑的這種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，常用鉑電阻溫度傳感器的零電阻值為100ω；電阻變化率為0.3851ω；/℃ 鉑電阻溫度傳感器精度高，穩定性好，應用溫度范圍廣。它是一種常用于中低溫區(-200 ~ 650℃)的ZUI溫度檢測器。它不僅廣泛應用于工業溫度測量，還被制成各種標準溫度計進行測量和校準。 PT100的溫度/電阻曲線如圖2所示。 根據IEC751國際標準，溫度系數TCR = O.003851，Pt100(R0 = 100ω；)、Pt 1000(R0 = 1000ω；)是均勻設計的鉑電阻。 TCR =(R100-R0)/(R0 &次；100) PT100和PT1000的標準電阻值如表1所示。 溫度/電阻特性公式如下:-200 < 0℃Rt = " R0[1+At+Bt2+C(t-100)T3]0 & Lt；Rt = "R0 (1+at+bt2)在850℃時，其中Rt在t℃時具有電阻值，R0在0℃時具有1.3的電阻值。由于鉑電阻的熱阻特性線性度差，信號調理電路設計選擇XTR105進行線性補償。鉑電阻線性補償電路如圖3所示 每個電阻的計算公式如下 其中，RZ測量的溫度很低。選擇RL時，注意MSP430單片機模數轉換器的參考電壓。模數轉換器的參考電壓設置為外部電源電壓的3.3V，并使用150個低溫漂移高精度電阻。rl電壓范圍為0.6V至3V，RL可直接連接至MSP430的模擬信號輸入端，進行模數轉換 線性補償電路設計中的電阻根據XTR105手冊中提供的計算方法確定，其中RZ為-100℃時PT100的電阻(60ω；)，R2是600攝氏度(314ω；)，R1 =電阻抗(-100+600)/2 = 194ω；根據公式，RG = 581ω；，RLIN1 = 4.3k &ω； Z 2。軟件設計在編程中使用C語言。使用C語言設計將帶來以下好處:1 .它可以大大提高軟件開發的效率；2.可以提高設計的程序代碼的可靠性、可讀性和可移植性；3.設計師可以更加注重充分發揮MSP430的功能 MSP430可以對多個模擬通道進行模數轉換。設置模數轉換器模塊時，需要設置通道、參考電壓等相關寄存器。由于模數轉換器轉換的值是二進制的，轉換后的值需要轉換成ASCII數據，然后發送到液晶顯示器進行顯示。程序流程如圖3所示 3.測試結果完成軟硬件設計后，進行系統聯合測試。 首先，對模數轉換器的功能模塊進行測試。該測試方法采用高精度可變電阻代替鉑電阻PT100的電阻。對應于溫度的可變電阻器的電阻根據鉑電阻PT100分度表進行調節。從-100℃到600℃取15分，每50℃測試一次，記錄模數轉換值。 用zui較小二乘法對溫度和轉換值進行線性擬合，計算出測量系統的線性度等指標。 線性度計算結果小于1%，測量數據如下:模數轉換功能調試完成后，對模數轉換值進行處理，使測量值準確顯示在液晶顯示器上 4.結論通過設計合理的信號調理電路，溫度測量系統達到了一定的精度要求，具有性能穩定可靠、設計結構簡單、功耗低等優點。

“基于鉑電阻的數字測溫系統設計 ”本文地址，轉載請勿刪除！http://m.dplzkj.com/gynews/1553.html