嵌入式课程设计温度传感器-课程设计-(2)

嵌入式系统原理与应用课程设计—温度传感器设计与应用班级：光信息121802班姓名: *****学号：2012180102##指导教师：邱***日期：2015.7.13课程设计任务书班级: ************姓名： ****设计周数: 1 学分: 1指导教师: 邱选兵设计题目: 温度传感器的设计与应用设计目的及要求:目的：1.熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。

2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。

熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。

3.熟悉印制电路板设计的步骤和方法，熟悉手工制作印制电板的工艺流程，能够根据电路原理图，元器件实物设计并制作印制电路板。

4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。

5.能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用普通万用表和数字万用表。

6.各种外围器件和传感器的应用；7.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。

要求：1.根据题目进行调研，确定实施方案，购买元件，并绘制原理图，焊接电路板，调试程序；2.焊接和写stm32程序及调试，提交课程设计系统（包括硬件和软件）；.3.完成课程设计报告设计内容和方法: 掌握pt100的基本特点和原理并利用pt100来设计一个温度传感器，来实现对实时温度的测量。

方法：设计好电路图，再用电烙铁将实物焊接到实验电路板上，通过串口输出显示相应的温度。

目录第一章绪论 (4)第二章硬件部分 (5)第三章软件部分 (8)第四章总结 (11)参考文献 (12)附录 (13)附录1原理图 (13)附录2实物图 (14)第一章绪论温度是表征物体冷热程度的物理量、是自然界中和人类打交道最多的两个物理参数，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温湿度的采集或控制都十分频繁和重要，而且，网络化远程采集温湿度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。

温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。

由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位，约占50%。

近年来，我国工业现代化的进程和电子信息产业连续的高速增长，带动了传感器市场的快速上升。

温度传感器作为传感器中的重要一类，占整个传感器总需求量的40%以上。

温度传感器是利用NTC的阻值随温度变化的特性，将非电学的物理量转换为电学量，从而可以进行温度精确测量与自动控制的半导体器件。

温度传感器用途十分广阔，可用作温度测量与控制、温度补偿、流速、流量和风速测定、液位指示、温度测量、紫外光和红外光测量、微波功率测量等而被广泛的应用于彩电、电脑彩色显示器、切换式电源、热水器、电冰箱、厨房设备、空调、汽车等领域。

近年来汽车电子、消费电子行业的快速增长带动了我国温度传感器需求的快速增长。

本次设计采用铂电阻pt100，pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。

PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。

它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。

但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。

铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：-200<t<0℃ Rt=R0[1+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t] （1）0≤t<850℃ Rt=R0（1+At+Bt2）（2）第二章硬件部分温度传感器的电路模块（1）参考电源。

（2）恒流源测温电路。

（3）信号放大电路。

（4）低通滤波电路。

一、参考电源电路：对于整个设计而言，首要问题就是解决系统的供电问题。

要求电源模块稳定可靠。

在本课程设计中，电源供电模块的电源可以通过一个TL431和一个电位器VR1(502)调节产生一个3.3v的稳定的参考电源。

图1为参考电源电路。

TL431是可控精密稳压源。

它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值。

该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。

TL431是由德州仪器生产，所谓TL431就是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。

它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值(如图1)。

该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。

图1 参考电源电路二、恒流源测温电路：恒流源式测温的典型应用电路如图 3 所示。

测温原理：通过运放 U1A 将基准电压 3.3V 转换为恒流源，电流流过 Pt100 时在其上产生压降，再通过运放 U1B 将该微弱压降信号放大（图中放大倍数为10），即输出期望的电压信号，该信号可直接连 AD 转换芯片。

根据虚地概念“工作于线性范围内的理想运放的两个输入端同电位”，运放U1A的“ +”端和“ -”端电位V+＝V-＝3.3V；假设运放U1A的输出脚 1 对地电压为Vo，根据虚断概念，（ 0-V-） /R1+（ Vo-V-） /RPt100＝0，因此电阻Pt100 上的压降VPt100＝Vo-V-＝V-*RPt100/R1，因V-和R1 均不变，因此图 3 虚线框内的电路等效为一个恒流源流过一个Pt100 电阻，电流大小为V- /R1， Pt100 上的压降仅和其自身变化的电阻值有关。

其中R1=3.3K欧，故VPt100=RPT100/1000,再经过放大电路，放大倍数为10倍得到最终的V=RPT100/100，即RPT100=V*100,再根据PT100温度和电阻的近似关系T=(RPT100-100)*2.56,得到T=(V-1)*256,这就是最终输出电压和温度的关系式。

恒流源接法三、信号放大电路电桥的压差信号经过运放 LM358 放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连 AD 转换芯片。

差动放大电路中 R2＝R3、 R4＝R5、放大倍数＝R5/R3=R4/R2=10，运放采用单一 5V供电。

在本次课程设计中，差动放大电路采用负反馈电路。

电路图如图：（4）低通滤波电路。

通过一个低通滤波电路，过滤掉其中的交流成分。

IN4733是一个稳压二极管，可以稳定输出电压。

使电压保持稳定。

第三章软件部分#include "delay.h"#include "sys.h"#include "usart.h"#include "timer.h"#include "adc.h"int main(void){u16 adcx;float temp,t;SystemInit();delay_init(72); //延时初始化NVIC_Configuration();uart_init(9600);Adc_Init();while(1){adcx=Get_Adc(ADC_Channel_0);// printf("%d\n",adcx);temp=(float)adcx*(3.3/4096);t=(temp-1.0)*256;printf("%f\n",t);delay_ms(250);}}#include "adc.h"void Adc_Init(void){ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_ADC1 , ENABLE ); //使能ADC1通道时钟RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M//PA0/1/2/3 作为模拟通道输入引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入引脚GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);ADC_DeInit(ADC1); //将外设ADC1 的全部寄存器重设为缺省值ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;///模数转换工作在单通道模式ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//模数转换工作在单次转换模式ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//转换由软件而不是外部触发启动ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//ADC数据右对齐ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;//顺序进行规则转换的ADC通道的数目ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的ADC1ADC_ResetCalibration(ADC1); //重置指定的ADC1的校准寄存器while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));//获取ADC1重置校准寄存器的状态,设置状态则等待ADC_StartCalibration(ADC1);//开始指定ADC1的校准状态while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//获取指定ADC1的校准程序,设置状态则等待ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能}//获得ADC值//ch:通道值0~3u16 Get_Adc(u8 ch){//设置指定ADC的规则组通道，设置它们的转化顺序和采样时间ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );//ADC1,ADC通道3,规则采样顺序值为1,采样时间为239.5周期ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束return ADC_GetConversionValue(ADC1);//返回最近一次ADC1规则组的转换结果}#include "delay.h"static u8 fac_us=0;//us延时倍乘数static u16 fac_ms=0;//ms延时倍乘数void delay_init(u8 SYSCLK){// SysTick->CTRL&=0xfffffffb;//bit2清空,选择外部时钟HCLK/8 SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);//选择外部时钟HCLK/8fac_us=SYSCLK/8;fac_ms=(u16)fac_us*1000;}//延时nms//注意nms的范围//SysTick->LOAD为24位寄存器,所以,最大延时为://nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK//SYSCLK单位为Hz,nms单位为ms//对72M条件下,nms<=1864void delay_ms(u16 nms){u32 temp;SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;//时间加载(SysTick->LOAD为24bit) SysTick->V AL =0x00; //清空计数器SysTick->CTRL=0x01 ; //开始倒数do{temp=SysTick->CTRL;}while(temp&0x01&&!(temp&(1<<16)));//等待时间到达SysTick->CTRL=0x00; //关闭计数器SysTick->V AL =0X00; //清空计数器}//延时nus//nus为要延时的us数.void delay_us(u32 nus){u32 temp;SysTick->LOAD=nus*fac_us; //时间加载SysTick->V AL=0x00; //清空计数器SysTick->CTRL=0x01 ; //开始倒数do{temp=SysTick->CTRL;}while(temp&0x01&&!(temp&(1<<16)));//等待时间到达SysTick->CTRL=0x00; //关闭计数器SysTick->V AL =0X00; //清空计数器}第四章总结一、设计及调试的注意点1. 电压基准源可以采用 TL431 按图 1 的电路产生可调的。