基于单片机的温度测量系统设计DOC

基于单片机的温度测量系统设计DOC

基于STC单片机的温度测量系统的研究

摘要：本文针对现有温度测量方法线性度、灵敏度、抗振动性能较差的不足，提出了一种基于STC单片机，采用Pt1000温度传感器，经过间接测量铂热电阻阻值来实现温度测量的方案。重点介绍了，铂热电阻测量温度的原理，基于STC实现铂热电阻阻值测量，牛顿迭代法计算温度，给出了部分硬件、软件的设计方法。实验验证，该系统测量精度高，线性好，具有较强的实时性和可靠性，具有一定的工程价值。

关键词：STC单片机、Pt1000温度传感器、温度测量、铂热电阻阻值、牛顿迭代法。

Study of Temperature Measurement System based on STC single chip computer

Zhang Yapeng,Wang Xiangting,Xu Enchun,Wei Maolin

Abstract:A method to achieve temperature Measurement by the Indirect Measurement the resistance of platinum thermistor is proposed. It is realized by the single chip computer STC with Pt1000 temperature sensor.The shortcomings of available methods whose Linearity, Sensitivity, and vibration resistance are worse are overcame by the proposed method. This paper emphasizes on the following aspects:the principle of temperature measurement by using platinum thermistor , the measurement of platinum thermistor’s resistance

based on STC single chip computer, the calculating temperature by Newton Iteration Method. Parts of hardware and software are given. The experimental results demonstrate that the precision and linearity of the method is superior. It is also superior in real-time character and reliability and has a certain value in engineering application. Keywords: STC single chip computer，Pt1000temperature sensor，platinum thermistor’s resistance，Newton Iteration Method

0 引言

精密化学、生物医药、精细化工、精密仪器等领域对温度控制精度的要求极高，而温度控制的核心正是温度测量。

当前在国内，应用最广泛的测温方法有热电偶测温、集成式温度传感器、热敏电阻测温、铂热电阻测温四种方法。

(1) 热电偶的温度测量范围较广，结构简单，可是它的电动势小，灵敏度较差，误差较大，实际使用时必须加冷端补偿，使用不方便。

(2) 集成式温度传感器是新一代的温度传感器，具有体积小、重量轻、线性度好、性能稳定等优点，适于远距离测量和传输。但由于价格相对较为昂贵，在国内测温领域的应用还不是很广泛。

(3) 热敏电阻具有灵敏度高、功耗低、价格低廉等优点，但其阻值与温度变化成非线性关系，在测量精度较高的场合必须进行非线性处理，给计算带来不便，另外元件的稳定性以及互换性

较差，从而使它的应用范围较小。

（4）铂热电阻具有输出电势大、线性度好、灵敏度高、抗振性能好等优点。虽然它

的价格相对于热敏电阻要高一些，但它的综合性能指标确是最好的。而且它在0~200°C范围内的稳定性较好，故其在工业测温领域应用较广。

本文提出的一种以STC单片机为控制核心，采用PT1000铂热电阻温度传感器作为测温元件的温度测量系统，能解决温度测量线性度、灵敏度、抗振动性能较差，测量范围较小的不足，精度较高，方便实用。

1 系统总体方案

该温度测量系统主要由温度传感器、信号调理电路、STC单片机计算转换模块、温度显示模块组成。其中信号调理电路由信号滤波电路和信号放大电路组成。图1为基于STC单片机的温度测量系统的结构图。

图1 基于STC单片机的温度测量系统的结构图

STC单片机作为本系统的核心，采集经滤波电路和放大电路进

行滤波和放大处理后的PT1000温度传感器阻值信号，并由其片内10位A/D 转换模块对阻值信号进行模数转换，一定的算法把阻值信号计算为温度，并控制液晶显示模块直观的显示出温度数值。电源、时钟及复位电路是STC 单片机正常工作的必要条件。

2 系统硬件设计

本温度测量系统的硬件设计主要包括温度传感器、信号调理电路、STC 单片机计算转换模块、温度显示模块组成。

2.1 温度传感器

本系统采用铂热电阻作为温度传感器。由于铂热电阻的阻值具有随着温度的变化而改变的特性，因此能够经过间接测量铂热电阻阻值的方法来间接测量温度。另外铂热电阻具有输出电势大、线性度好、灵敏度高、互换性好等优点,适合作为本系统的温度传感器。

铂热电阻在0 ~850℃范围内其阻值与温度的变化关系为：

20(1)t R R At Bt =++ (2-1)

式中，t 为温度值

R0为0℃时铂热电阻的阻值

Rt 为t ℃时铂热电阻的阻值

A ，

B 为分度系数值。

常见的铂热电阻型号有Pt100、Pt500、Pt1000。对于PT1000