基于Pt100的电子温度表设计
基于PT100温度监测的设计
温度监测的设计电信科技08-2 韦一、课程设计内容(1)实时检测温度—50°C—180°C环境温度范围：室温—20°C—60°C；测量精度：2.5%±1字；(2)用LCD1602显示其温度（小数点保留两位）；(3)将温度上传到上位PC机显示。
二、系统方案2.1基本原理根据检测温度范围的要求，本设计采用铂热敏电阻PT100作为温度传感器，温度测量范围在-200~850之内。
热敏电阻的电阻值随着环境温度的变化而变化，其电阻值与环境温度有某种关系。
本设计使用的电阻——温度的关系如下：在负温区（-200~0°C）范围：Rt=R0（1+At+Bt^2+C(t-100)T^2）在正温区（0~850°C）范围内：Rt=R0（1+At+Bt^2）式中：Rt——温度t时刻铂热敏电阻的电阻值；R0——温度0°C的铂热敏电阻的电阻值；t——介质的温度；A、B、C——有关的常数，其值如下：A=3.90502*10^-3B= -5.80195*e-7C=-4.2735*e-12铂热敏电阻的允许误差如下：电阻——温度的关系如下表：利用电桥平衡原理，已知另外三个电阻的阻值和电桥的供电电压，再测出电的桥两端的电压差，就可计算出连入电桥中的铂热敏电阻的电阻值。
电桥两端电压差通过放大电路后，经过A/D转换，利用单片机读取A/D的数据，便可得到放大后的电压值，通过放大电路输入和输出的关系，可得到电桥两端的电压差，这样就可计算出铂热敏电阻的电阻值。
通过铂热敏电阻阻值与环境温度有某种关系，可将电阻值转换为温度，这一系列的计算，可由单片机完成，最后将温度值送到显示电路显示，或者作为后期的数据处理。
2.2原理框图如图2.2所示：含有铂热敏电阻PT100的电桥放大电路A/D转换器单片机显示部分送到PC机图2.2三、硬件电路原理图(1)电桥和放大电路部分如图3.1所示，U7是TL431稳压管，为电桥提供稳定的电压，供电电压为+5V，由直流激励源U7(k)提供。
基于PT100的温度测量系统设计
摘要本文首先简要介绍了铂电阻PT100的特性以及测温的方法，在此基础上阐述了基于PT100的温度测量系统设计。
在本设计中，是以铂电阻PT100作为温度传感器，采用恒流测温的方法，通过单片机进行控制，用放大器、A/D转换器进行温度信号的采集。
另外，还设计了时钟电路模块，能实现对温度的实时测量。
本设计采用了两线制铂电阻温度测量电路，通过对电路的设计，减小了测量电路及PT100自身的误差，使温控精度在0℃～100℃范围内达到±0.1℃。
本文采用AT89S51单片机，TLC2543 A/D转换器，DS1302时钟芯片，AD620放大器，铂电阻PT100及6位数码管组成系统，编写了相应的软件程序,使其实现温度的实时显示。
该系统的特点是：使用简便；测量精确、稳定、可靠；测量范围大；使用对象广。
关键词：PT100 单片机温度测量DS1302AbstractThis article briefly describes the characteristics of PT100 platinum resistance and temperature measurement method, on the basis it describes the design of temperature measurement system based on PT100. In this design, it is use a PT100 platinum resistance as temperature sensor, in order to acquisition the temperature signal, it use of constant-current temperature measurement method and use single-chip control, Amplifier, A / D converter. In addition, it designs a clock circuit modules to achieve real-time measurement of temperature.It can still improve the perform used two-wire temperature circuit and reduce the measurement eror. The temperature precision is reached ±0.1℃between 0℃～100℃.The system contains SCM(AT89S51), analog to digital convert department (TLC2543), DS1302 chip, AD620 amplifier, PT100 platinum, LED Digital tube with six, write the corresponding software program to achieve real-time temperature display. The system is simple , accurate , stable and wide range.Keywords:PT100 SCM Temperature Measures DS1302目录前言 (1)第一章方案设计与论证 (2)第一节传感器的选择 (2)第二节方案论证 (3)第三节系统的工作原理 (3)第四节系统框图 (4)第二章硬件设计 (5)第一节PT100传感器特性和测温原理 (5)第二节信号调理电路 (6)第三节恒流源电路的设计 (6)第四节放大电路的设计 (7)第五节A/D转换器的选择与设计电路 (9)第六节DS1302时钟电路设计 (12)第七节单片机控制电路 (14)第八节按键和显示电路 (14)第三章软件设计........................................................................ 错误！未定义书签。
基于PT100的温度测量系统设计论文
开题信息摘要根据要求设计一个基于STC12C5A60S2单片机处理,PT100为传感器的温度测量系统。
在本设计中，是以铂电阻PT100作为温度传感器，采用恒流测温的方法，通过单片机进行控制，以LM358作为信号放大，用ADC0832进行温度信号转换。
利用3位共阳数码管作为温度显示。
采用了两线制铂电阻温度测量电路，通过对电路的设计，减小了测量电路及PT100自身的误差，使温控精度在0℃～100℃围分辨率为1℃。
本设计简单实用，具有外围电路简洁，可靠性高等优点。
主要由电源电路，单片机复位电路，单片机晶振电路，，ADC0832转换电路，铂电阻PT100及3位共阳数码管组成系统，编写了相应的软件程序,使其实现温度的实时显示。
该系统的特点是：使用简便；测量精确、稳定、可靠；测量围大；使用对象广。
目录1 设计要求1.1任务要求2 系统方案设计2.1总系统方案2.1.1电源系统2.1.2温度检测与处理2.1.3模数转换2.1.4温度显示2.1.5信号放大部分2.2系统方案图3 硬件设计3.1温度检测模块的设计3.1.1PT100温度传感器简介3.1.2温度检测及信号处理电路3.2模数转换3.2.1 ADC0809简介3.2.2模数转换电路图3.3 3位共阳数码管的显示电路的设计3.3.1 LED数码管编码3.3.2 LED数码管显示方式选择4 软件设计4.1程序设计语言的选用4.2软件程序的设计4.2.1总体程序流程4.2.2温度信号采集处理 15 系统调试结论参考文献附录A系统总电路图附录B元件清单附录C系统源程序1 设计要求1.1任务要求单片机实现测量温度检测围0~100 °C，分辨率1°C。
硬件要求；采用的温度传感器为PT100，单片机STC12C5A60S22 系统方案设计2.1总系统方案该设计由四部分组成：电源系统，温度检测与处理，模数转换，温度显示。
测温的模拟电路是把当前PT100热电阻传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值，经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号后传给单片机STC12C5A60S2，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值，并将数据送出到数码管进行显示。
基于Pt100铂电阻的数字温度计的设计
目录摘要 (2)1 绪言 (4)1.1课题背景 (4)1.2国内外研究的发展及现状 (5)1.3本课题研究的内容 (8)2总体设计方案 (8)2.1提出总体设计方案 (8)2.2总体设计方案论证 (9)3 铂电阻理论基础 (9)3.1铂电阻的选取 (9)3.2铂电阻温度的测量方法 (12)4 整体电路 (14)4.1放大电路设计 (14)4.2温度显示电路理论及设计 (15)4.3AD转换模块 (17)4.4AT89C51单片机系统电路图 (18)4.5系统程序设计 (19)5.仿真结果 (21)总结 (21)参考文献 (22)摘要温度计量是计量学的一个重要分支，它在国民经济各领域中占有重要的地位。
人们的日常生活、工农业生产和科学实验等许多方面都与温度测量有着十分密切的关系。
1871年，西门子(Sir william Siemens)发现了铂电阻测温原理，制造出第一支铂电阻温度计。
1887年，卡伦德(Hugh Callendar)改进了铂电阻温度计的工艺和研制测温电桥并得到了著名的卡伦德公式。
之后，铂电阻温度计成为国际温标的标准仪器，并一直沿用至今。
金属热电阻是一种广泛应用的温度传感器。
它以测量精确，线性好，重复性好，测量范围大，体积小等的点被用在很多场合，其中铂电阻传感器被定为测温的基准。
金属热电阻特别是铜、铁等热电阻的大量使用，将给使用者在传感器的标定造成重复性的麻烦。
因为传感器的标定既复杂又要求苛刻，且成本较高。
为了解决这个问题我采用了一种方便的以精密铂电阻为标准传感器的金属热电阻的来作为温度传感器。
本文采用atmega16单片机作为处理的核心部分；用pt100作为温度传感器，由于atmega16单片机自带有A/D转换功能，把采集到的温度经放大后直接送到atmega16单片机，经过atmega16单片机处理后送到显示器，显示器将显示采集的温度，这样就能够达到题目的要求，而且其准确性也较高。
基于PT100热电阻的单片机温度检测系统设计
基于PT100热电阻的单片机温度检测系统设计摘要本文介绍了一种基于PT100热电阻的单片机温度检测系统设计。
该系统采用了Maxim的MAX31865芯片来测量PT100热电阻的电阻值，并通过单片机将电阻值转换为温度值。
该系统可以实现高精度的温度测量，并且具有较低的功耗和较高的稳定性。
背景在许多工业应用中，需要对温度进行精确的测量。
PT100热电阻是一种常用的温度传感器，它的电阻值随着温度的变化而变化。
由于PT100热电阻的电阻值变化很小，因此需要使用高精度的电路来进行测量。
单片机是一种常见的控制器，它可以方便地集成多种功能。
将单片机与PT100热电阻结合使用，可以实现精确的温度测量，并且具有较低的功耗和较高的稳定性。
设计硬件设计硬件设计采用了MAX31865芯片来测量PT100热电阻的电阻值。
MAX31865是一种高精度热电偶转换器，可以方便地测量PT100热电阻的电阻值。
MAX31865还提供了冗余检测和安全防护功能，可以提高系统的可靠性。
MAX31865芯片的引脚与单片机的引脚连接如下：MAX31865引脚单片机引脚SDI MOSISDO MISOSCK SCLKCS SS其中，MOSI、MISO、SCLK和SS是SPI总线的引脚，用于与MAX31865进行通信。
单片机的中断引脚连接到MAX31865的RDY引脚，用于检测MAX31865是否准备好进行测量。
PT100热电阻的引脚连接到MAX31865的RTD+和RTD-引脚。
为了减小测量误差，应尽量将RTD+和RTD-的长度保持一致，并且尽可能靠近MAX31865芯片。
软件设计软件设计采用了Arduino环境，可以方便地进行程序开发和调试。
首先需要初始化SPI总线和MAX31865芯片。
可以使用Arduino的SPI库来初始化SPI总线，使用MAX31865库来初始化MAX31865芯片。
MAX31865库提供了方便的接口来进行温度测量和数据读取。
基于pt100的温度测量显示
基于PT100的温度测量显示
一、功能要求
利用PT100热电阻测量水温（0-100。
C），并将结果显示出来，保留一位小数。
二、PT100介绍
Pt100 温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，主要技术参数如下：测量范围：-200℃～+850℃；
允许偏差值△℃：A 级±（0.15＋0.002│t│）， B 级±（0.30＋0.005│t│）；
最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；
允通电流≤ 5mA。
另外，Pt100 温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。
铂热电阻的线性较好，在0~100 摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5 摄氏度。
1、铂热电阻阻值与温度关系
式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。
可见Pt100 在常温0~100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPt=100（1+At），当温度变化1 摄氏度，Pt100 阻值近似变化0.39 欧。
2、分度表
三、原理图
四、仪用放大器原理
仪用放大器是由运放1A 、2A 按同向输入接法组成第一级差分放大电路运放3A 组成第二级差分放大电路。
在第一级电路中1v 、2v 分别加到1A 和2A 的同相端1R 和两个2R 组成的反馈网络引入了负反馈，两运放1A 、2A 的两输入端形成虚短和虚断
在仪用放大器中 常2R、3R和4R为给定值1R用可变电阻代替调节1R的值 可改变电压增益vA。
基于某PT100热敏电阻地数字温度计
嵌入式设计基于热敏电阻的数字温度计设计院（系） 专 业 班 级 指导老师 学生 成 绩2015年 7月 10日目录第一章绪论 (1)第二章设计要求及构思 (2)2.1设计要求 (2)2.2设计构思 (2)第三章总体程序流程图 (4)第四章原理框图 (5)4.1PT100铂热电阻: (5)4.2信号放大电路 (5)4.4主芯片电路图 (7)4.5 四位数码管 (8)第五章仿真电路图 (9)第六章心得体会 (12)参考文献 (13)附录程序代码 (14)第一章绪论随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。
随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
目前温度计按测使用的温度计种类繁多，应用围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法：1，利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2，利用热电效应技术制成的温度检测元件3，利用热阻效应技术制成的温度计4，利用热辐射原理制成的高温计5，利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。
温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。
将输出的微弱电压信号通过OP07放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。
第二章设计要求及构思2.1设计要求1.系统硬件设计（1）使用热敏电阻PT100;（2）单片机采用MCS51系列；（3）LED数码管显示温度。
2.系统软件设计（1）温度可以通过PT100热敏电阻实调程序；（2）AD转换芯片检测温度的模拟量程序；（3）LED显示程序；3.系统功能（1）测量温度围−50℃～110℃；（2）精度误差小于0.5℃；（3）LED数码管显示。
基于PT100热敏电阻的数字温度计
嵌入式设计基于热敏电阻的数字温度计设计院（系）___________________专业__________________班级___________________指导老师____________________学生姓名____________________成绩___________________2015年7月10日第一章绪论 (1)第二章设计要求及构思 (1)2.1设计要求 (1)2.2设计构思 (2)第三章总体程序流程图 (3)第四章原理框图 (4)4.1PT100伯热电阻： (4)4.2信号放大电路 (4)4.4主芯片电路图 (6)4.5四位数码管 (7)第五章仿真电路图 (8)第六章心得体会 (10)参考文献 (11)附录程序代码 (12)第一章绪论随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。
随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
目前温度计按测使用的温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下儿种方法：1,利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2,利用热电效应技术制成的温度检测元件3,利用热阻效应技术制成的温度计4,利用热辐射原理制成的高温计5,利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。
温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。
将输出的微弱电压信号通过OP07放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。
第二章设计要求及构思2.1设计要求1.系统硬件设计（1）使用热敏电阻PT100;（2）单片机采用MCS51系列；（3）LED数码管显示温度。
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第25卷第4期杭州电子科技大学学报V ol.25,N o.4 2005年8月Journal of Hangzh ou Dianzi UniversityAug.2005 基于Pt100的电子温度表设计陈德龙,秦会斌(杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018)收稿日期:2005-07-01作者简介:陈德龙(1981-),男,安徽霍邱人,本科毕业生,电子科学与技术.摘要:阐述了电子温度表组成部分的基本构成和工作原理。
采用铂电阻Pt100作为温度传感器件,对Pt100电阻-温度曲线关系进行测定,由测定结果得出Pt100的电阻-温度函数关系。
利用铂电阻的温度—电阻特性,将温度信号直接转化为电信号,再通过单片机控制程序,将电信号转化为数字信号,再将其温度值在显示器上显示出来,从而实现对于温度的测量。
电子温度计的检测范围为-40℃～120℃。
关键词:单片机;铂电阻;电子温度表中图分类号:T N202 文献标识码:A 文章编号:1001-9146(2005)04-0042-040 引 言传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。
无论在工业、农业、科学研究、国防和人们日常生活的各个方面,温度测量和控制都是极为重要的课题。
随着电子技术和材料科学的发展,对各种新型的热敏元件及温度传感器要求结构先进、性能稳定,以满足对温度测控技术提出的越来越高的要求[1]。
本次设计的主要目的是设计出价格低廉的而精度相对较高的民用的基于单片机的电子温度表,所以在设计产品方案时,重点考虑元器件价格、功耗以及精度等诸多方面问题。
1 系统组成原理电子温度表中温度感应模块将温度变化转化为电量变化,通过AD 转换得到数字量,传输至单片机控制模块进行处理,最后处理后的温度数据通过显示模块显示,其组成原理图如图1所示。
图1 电子温度表组成框图2 Pt100电阻—温度曲线的测定本文采用铂电阻pt100温度传感器来测量温度的变换。
铂电阻温度传感器是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的温度传感器[2、3]。
由于铂电阻的特性曲线是非线性的,标准的电阻与温度关系是以分度表的形式给出的。
同时用电阻—温度多项式函数R (T )表示。
在实际测量中,本文采用使用温度—电阻函数T (r )更便于测量与计算。
Pt100铂电阻的测温范围是-200℃～600℃,在0℃时电阻为100Ω。
首先需要测试Pt100的温度—电阻变化关系,从而得到它们的函数表达式。
已知Pt100的电阻—温度关系曲线是非线性的,所以必须采用一种近似。
利用现有的条件和尽可能简单的仪器准确测得所需要的数据,本文所采用的测试方式如下:(1)将所要测量的温度范围划分为3段以方便测量。
1)-40℃～27℃;2)0℃～80℃;3)27℃～120℃。
为了避免在第1段和第3段中接近常温的时候误差较大,其中温度有一部分是重复测量的,目的是使测得的结果尽可能的准确;(2)每隔2℃测得一个电阻值,这样误差比较小也比较便于记录;(3)将记录的数据画成变化曲线,观察曲线的变化趋势,得出最合适的近似。
近似直线就将函数采用T =T 0-K VT 的形式;近似二次曲线就采用二次函数近似或者采用指数函数,这些都要根据实际测得的曲线而定;(4)将Pt100的电阻—温度关系转换为温度—电压关系函数。
具体测试步骤如下:(1)-40℃～27℃的温度测量。
测试工具采用液氮、泡沫箱、Pt100、校准好的铂电阻、万用表以及导线若干。
测试时取出液氮,放入泡沫箱中,将Pt100和校准好的铂电阻放入箱中,并分别外接万用表,密封好,缓慢放出氮气,分别记录2个万用表的数据变化情况。
由校准好的铂电阻的电阻值得到温度值,从而得到Pt100的温度—电阻变化关系。
所需时间约为4h ;(2)0℃～80℃。
将Pt100放入冰水中,注意不要短路。
Pt100的电阻是100Ω,在烧杯中非常缓慢的注入热水,每2℃记录一次电阻变化值。
所需时间为4h 。
注意事项。
缓慢升温,不要短路;(3)27℃～120℃的温度测量。
将温度表从恒温箱顶端插入到恒温箱中间,不要接触四壁,将Pt100外接好万用表后放入恒温箱中,使电阻靠近温度计的顶端。
缓慢加热,使恒温箱中的温度缓慢上升,每隔2℃测得一个电阻值。
在温度加热到120℃后,使其自然冷却,再次每隔2℃测得一个电阻值,直至27℃,将得到两组数据求平均值。
所需时间为5～7h 。
测试的温度—电阻关系数据如表1所示。
经计算得,上述表格中电阻和温度的关系近似满足: R =100+0.4T (1)再由实验电路可以得知: V T =5R/(2000+R )(2)可得: T =(2100V T -500)/(2-0.4V T )(3)在实际的程序中,为了编程的方便,采用了近似的函数如: T =T 0+kV T(4)式4具有表达简单,使用方便的优点,但式4使用的同时给整个测试系统的精度带来了一定的误差。
34第4期 陈德龙等:基于Pt100的电子温度表设计 44 杭州电子科技大学学报 2005年表1 Pt100的R—T关系表温度电阻值(Ω)(℃)-3088.0487.6487.2486.8486.4486.0485.6385.2384.8484.43-2098.0497.6497.2496.8496.4490.0489.6489.2488.8488.44-1098.0395.6395.2394.8394.4394.0393.6393.2392.8492.44-0100.0099.6099.2198.8198.4198.0197.6297.2296.8296.420100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.5710103.96104.36104.75105.15105.54105.94106.33106.73107.12107.5220107.91108.31108.70109.10109.49109.88110.28110.67111.07111.4630111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.3940115.78116.17116.57116.96117.35117.74118.13118.52118.91119.3150119.70120.09120.48120.87121.26121.65122.04122.43122.82123.2160123.60123.99124.38124.77125.16125.55125.94126.33126.72127.1070127.49127.88128.27128.66129.05129.44129.82130.21130.60130.9980131.37131.76132.15132.54132.92133.31133.70134.08134.47134.8890135.24135.63136.02136.40136.79137.17137.56137.94138.32138.72100139.10139.49139.87140.26140.64141.02141.41141.79142.18142.66110142.95143.33143.71144.10144.48144.86145.25145.63146.01146.40120146.78147.16147.55147.9314831148.69149.07149.46149.84150.223 电子温度表硬件设计由Pt100热敏电阻和模数转换芯片ADC0809组成信号采集电路,热敏电阻的阻值变化产生相应的电压信号的变化,变化的电压信号通过ADC转换成为数字信号。
将ADC采集到的电压值输入单片机,单片机根据热敏电阻与温度的:电阻—电压—温度的对应关系,进行转换处理,计算出相应的温度值。
温度值通过LC D进行显示,如图2所示。
4 电子温度表软件设计当ADC的输出有效时,触发单片机的外部中断,读入电压数据。
然后对数据进行格式转换、查表、函数换算等处理,得到温度值[4]。
LC D显示程序用于显示温度值,如图3所示。
5 结束语通过对于本课题的研究,成功设计出了一种基于铂电阻Pt100的电子温度测量工具。
它具有原理简单、性价比高、操作简单等特点。
由于设计本身的特点,温度计存在一定的误差。
总结其原因,主要有以下几个方面:(1)在进行温度—电阻关系测量时,热敏电阻的温度变化较快,而温度计的显示变化较慢,导致读数的误差。
这就使得进行电阻—电压—温度换算时产生误差;(2)所采用的分压电阻应该为2kΩ,而实际的电阻有一定的误差,由于铂电阻Pt100的电阻变化范围在80Ω至150Ω之间,实际的分压值不等于计算的分压值,产生误差;图2 硬件模块 图3 软件流程图 (3)实验所采用的电压源并不是精确的5V 电压,影响数据采集精度;(4)在函数计算的过程中存在一个尾数的取舍问题,导致一定的误差。
根据以上分析,可在下面几方面进行改进:(1)采用灵敏度很高的已校准的热敏电阻代替温度计;(2)尽可能的延长测量时间和增加测量次数,以减小误差;(3)采用高准确度的器件。
注:秦会斌为指导老师。
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