Pt1000热电阻温度测量

1 工作原理

本系统可以分为五大部分：热电阻温度采集、运行状态显示、继电器控制、键盘输入、风向步进电机控制。

2.1 热电阻温度采集

热电阻传感器以其温度特性稳定、测量精

图1 Pt1000热电阻温度测量电路

度高的特点，在大型中央空调得到了广泛的应用。

采用Pt1000热电阻作为温度传感器的测量电路原理图如图1 所示。热电阻Rt 与三个电阻接成电桥。当温度变化时，使得运算放大器的同相输入端的电位发生变化，经过运算放大器放大之后输入到Atmega16单片机进行AD 转换。由于单片机采用5V 电压作为ADC 的参考电源，而电桥在温度变化为0～100°C 时，输出电压范围为0～0.7V ，所以确定运算放大电路的放大倍数为7,以获得最佳的测量结果。运算放大电路的电阻按以下公式确定： 71045==i

u u R R ＋ 456//R R R =

取Ω===860,1,6645R k R k R 。输出电压变化范围大致是0～5V 。

由于ADC 的转换精度为10,故当输入电压为5V 时，其采样值为1023,根据电桥平衡原理，可得到以下公式：

)2

1(1023750-+?=?t t R R R U N V （1） 其中，N ——ADC 数据寄存器的值，

U ——电桥电源电压，

0R ——Pt1000在0°C 时的电阻1000Ω。

Pt1000热电阻的阻值按以下公式计算：:

)1(20t B t A R R t ?+?+= （2）

Rt ——温度为t 时铂热电阻的电阻值，Ω；

t ——温度，℃；

0R ——Pt1000在0°C 时的电阻1000Ω。

A ——分度常数，A ＝0.0038623139728

B ——分度常数，B ＝-0.00000065314932626

用Visual https://www.360docs.net/doc/d23131623.html, 根据以上公式（1）、（2）生成用N 来查找温度t 的程序表格，其代码如下：

Private Sub Pt1000()

Me .Cursor = Cursors.WaitCursor

txtTab.Clear()

Dim U As Integer = 9 '电桥电源电压

'热电阻0度时的电阻值

Dim Pt1000_R0 As Integer = 1000

Dim n As Integer

Dim sngT As Single

Dim sngRt As Single

txtTab.AppendText("const float Pt1000Tab[]={" & Chr(13) & Chr(10))

For n = 0 To 1023

sngRt = (10000 * n + 7161000 * U) / (7161 * U - 10 * n)

sngT = (-const_A + Sqrt(const_A ^ 2 - 4 * const_B * (1 - sngRt / Pt1000_R0))) / (2 * const_B) If n < 1023 Then txtTab.AppendText(Format(Abs(sngT), "0.0") & ", /* " & n & " */")

Else txtTab.AppendText(Format(Abs(sngT), "0.0") & " /* " & n & " */" & Chr(13)

& Chr(10) & "};")

End If

If n Mod 5 = 0 Then

txtTab.AppendText(Chr(13) & Chr(10))

End If

Next

txtTab.SelectAll()

txtTab.Copy()

Me .Cursor = Cursors.Default

End Sub

生成的程序常数表格（1024个值）部分如下：

const float Pt1000Tab[]={

0.0, /* 0 */ 0.1, /* 1 */0.2, /* 2 */0.2,

……

63.4, /* 696 */63.5, /* 697 */

……

99.3, /* 1022 */99.4 /* 1023 */

};

2.2 运行状态显示

本系统采用一块16×4的字符型液晶模块，这种类型的LCD应用很广泛，其控制驱动主芯片为HD44780及其扩展驱动芯片HD44100（或兼容芯片），少量阻、容元件，结构件等装配在PCB板上而成。字符型液晶显示模块目前在国际上已经规范化，无论显示屏规格如何变化，其电特性和接口形式都是统一的。因此只要设计出一种型号的接口电路，在指令设置上稍加改动即可使用各种规格的字符型液晶显示模块。odeVisionAVR集成开发环境集成这种类型LCD的函数，可方便实现LCD的读写，其部分函数及功能简单介绍如下，更详细的资料可查阅各种文献。

2.3继电器控制

Atmega16输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流，直接驱动LED，但是仍然不能直接驱动更大电流的器件，如继电器，所以必须接入较大功率的驱动器。常用的驱动方法有74系列功率集成电路驱动、MOC系列光耦合过零触发双向晶闸管驱动、固态继电器驱动等。

本系统采用ULN2003芯片来驱动继电器。其内部结构如图2所示。

ULN2003是达林顿阵列，是专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一个消线圈

图2 ULN2003内部结构图

反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC 电流200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡，共可以驱动7路，减少了电路板的连线数量，成本较低，广泛应用于各种工控板，其驱动原理如图3所示。

图3 驱动原理

压缩机离合器继电器采用RS触发器和ULN2003一起控制，这样做的好处是：当单片机受到外界干扰而不断复位或看门狗超时复位时，保证压缩机始终处于开启或关闭状态，有助于延长压缩机的寿命。

2.4 键盘输入

本系统采用3×3矩阵式键盘。通过键盘可以控制系统工作方式（关闭、送风、制冷）、风向步进电机（水平送风、倾斜送风、扫风）、温度设定等。

键盘的行由PD0、PD1、PD2（使能内部上拉电阻）控制，而列则由PC3、PC4、PC5控制，如图4所示。采用程序扫描的方式识别键码，其工作过程如下：

(1)判断键盘中有无键按下。通过以下代码实现：

PORTC&=~0x20;

if((PIND&0x07)!=0x07) {//……}

首先置PC5为“0”，再判断PD0、PD1、PD2是否都为“1”。如果全为“1”,则表明第3列无键按下，否则有键按下,进入消除抖动程序；再置PC4为“0”，再判断PD0、PD1、PD2是否都为“1”。如果全为“1”,则表明第2列无键按下，否则有键按下,进入消除抖动程序；再置PC3为“0”，再判断PD0、PD1、PD2是否都为“1”。如果全为“1”,则表明第1列无键按下，否则有键按下,进入消除抖动程序。

图4 3×3矩阵式键盘

(2),消除抖动。当发现有键按下时，延时一段时间再判断键盘状态，若仍有键保持按下

状态，则可以确定有键按下，否则认为是抖动。通过以下代码实现：

delay();

if((PIND&0x07)!=0x07) {//……}

(3)判断键码。以下是识别为“Key2-3”（第2行第3列）的程序代码，其它按健类似。

if((PIND&0x07)==0x05)

{ // Key 2-3

// uchar key_num[]="K23";

// 等待按键释放

while((PIND&0x07)==0x05);

//判断换气风机是否在运行

if(ventilator_state==1)

{

ventilator_state=0;

//关闭换气风机

stop_ventilator();

//在LCD上的(12,3)显示“OFF”lcd_gotoxy(12,3);

lcd_putsf("OFF");

}

else

{

ventilator_state=1;

//开启换气风机

start_ventilator();

//在LCD上的(12,3)显示“Run”

lcd_gotoxy(12,3);

lcd_putsf("Run");

}

return;//识别完毕，返回主程序

}

2.5 风向步进电机控制

Atmega16的定时器能够输出PWM，编程简单，精度高。编程让定时器2工作于相位可调模式，产生高精度的PWM波形输出，调节占空比，以达到控制步进电机不同转角的目的。初始化设置如下：