五、热电阻测温系统设计

Pt100热电阻的测温电路[摘要] 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。

热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。

在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。

目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。

用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。

温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。

从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。

才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。

[关键字] 传感器 Pt100热电阻温度测量目录1 前言 (4)1．1 传感器概况 (4)1．2 设计目的 (7)2 设计要求 (8)2．1 设计内容 (8)2．2 设计要求 (9)3 原器件清单 (10)4 Pt100热电阻的测温电路 (11)4．1 总体电路图 (11)4．2 工作原理 (11)5 Pt100热电阻测温电路的原理及实现 (12)5．1 测温电路的工作原理 (12)5．2 测温电路的实现 (14)5．3 测量结果及结果分析 (15)6 制作过程及注意事项 (16)6．1 制作过程 (16)6．2 注意事项 (17)7 总结 (18)8 致谢 (19)参考文献 (20)1 前言1．1传感器概况传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

热电阻测温电路框图和原理图
大家都曾年轻过，我曾在研一的时候做过一个热电阻测量电路，这里我先把所有的系统框图和电路图贴出来，把当初的设计思路整理出来，在后面我会把所有的设计失误提出来，不合理的地方和误差计算都整理出来，也算是对我告别仪器工程的一个标志吧。

这个电路设计思路是在0~650℃的温度范围内完成PT100热电阻的测量，用的场合在军舰的锅炉房，大概-20~55甚至65degC都是可以达到的，主要完成从电阻到电压的过程。

大致分两个方案
1。

电桥激励的方法（不补偿非线性）
2。

通过运放电路调节电阻的激励电流补偿非线性
系统框图如下
具体电路图如图：
第二种方法系统框图如下
原理图如下：。

非接触、便携、快速、直观、可记录存储
响应速度快 灵敏度高 测温范围宽广 适用于多种目标
在机电行业中，红外测温主要用于机械、电气控制 设备的状态监测及故障检查。
(一)红外点温仪 红外点温仪是以黑体辐射定律为理论依据，通过 被测目标红外辐射能量进行测量，经黑体标定后 确定被测目标温度的仪器。
5．性能稳定，重复性好，有利互换；测量电路简单
2．非接触式测量
在工业领域中有许多温度测量问题用接触式测 量方法无法解决，如高压输电线接点处的温度 监测，炼钢高炉以及热轧钢板等运动物体的温 度监测等。
一、辐射测温的基本原理 物体因受热使其内部原子或分子获得能量而从低 能级跃迁到高能级，当它们向下跃迁时，就会发 射出辐射能，这类辐射称为热辐射。
4.1.4温度诊断技术
1接触式测温方法
在机电设备的故障诊断与监测领域，根据测量 时测温传感器是否与被测对象接触可将测温方 式分为接触式测温和非接触式测温两大类。
常用的接触测量法
热电阻法 热电偶法
集成温度传感法
一、热电阻法测温 热电阻法测温使用的仪器是电阻式温度计，它是 根据几乎所有导体的电阻都会随着温度的改变而 变化这一原理制成的。测温时，温度计上感温元 件的电阻随着温度的改变而变化，电阻的这种变 化通过测量回路的转换在显示器上显示出温度值。
红外点温仪通常由光学系统、红外探测器、电信 号处理器、温度指示器及附属的瞄准器、电源、 机械结构等组成。
常用的红外点温仪按其工作原理及其检测波段 的不同，分为以下3类：
1．辐射感温器
2．单色测温仪
3．比色测温仪
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
非接触式测量方法就是通过检测被测物体所发射 的辐射能中不同波长的光，来实现温度检测的。

现代测控系统集成设计报告——热电阻型测温系统的集成设计与实现姓名：赵明学号：3112079008班级：硕2022专业：测试计量技术与仪器报告日期：2012年12月23日目录设计要求 (1)一、系统总体框架设计 (2)二、系统的详细设计 (2)1、Pt100热电阻 (2)2、调理电路 (3)3、数据采集系统 (5)4、PC显示 (5)5、系统各环节参数设计 (5)6、各软件模块的设计 (6)（1）电压采集、电阻与温度转换 (6)（2）PT100热电阻一阶阶跃响应特性的数据采集与显示 (7)（3）一阶系统时间常数τ的测量 (8)（4）用数字滤波法对一阶系统频带进行扩展 (9)三、系统的测试 (11)1、测温仪的功能测试 (11)2、一阶阶跃响应及时间常数τ的测量 (12)3、用数字滤波器实现频带扩展 (13)四、实验中产生的误差的原因及解决方法 (15)1、测温仪的误差 (15)2、一阶系统阶跃响应曲线误差 (15)设计要求设计热电阻型测温系统(包括2部分：Pt100热电阻和测温仪)1．设计测温仪：要求：（1）与Pt100热电阻配用（用一电阻箱模拟热电阻的输出值）；（2）测温仪的测温范围不小于0～200℃，有效分辨力为0.2℃（3）具有虚拟面板，其功能如下：输出显示类控件主显参量：被测温度值，最低有效位数为0.1℃副显参量：热电阻的电阻值、热电阻两端的电压值输入控制类控件按钮控件：信号采集停止2．组建测温系统：要求：（1）硬件设计：连接Pt100热电阻和测温仪构成测温系统（2）软件设计：计算该测温系统的时间常数τ值（3）具有虚拟面板，其功能如下：（在测温仪面板的基础上）输出显示类控件测温系统的时间常数τ值；波形显示该测温系统（一阶系统）的阶跃响应曲线 。

输入控制类控件按钮控件：按下此键，仪器开始对Pt100热电阻传感器R T 两端信号进行数据采集。

数字控件1：采样间隔设置数字控件2：“初始点数”，观察采样波形，输入波形正常后（即去掉畸形采样点）的起始点序数测温仪——与Pt100热电阻配用Pt100热电阻测温系统结构框图统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试一、系统总体框架设计一个完整测量系统由传感器、调理电路、A/D 转换和计算机组成，对于热电阻型测温系统来说，该系统由Pt100热电阻、调理电路、数据采集和计算机构成。

摘要本课题本系统采用PT100热电阻温度传感器和单片机组成可靠性高、功耗低的温度检测系统。

以AT89C51单片机系统为核心，对单点的温度进行实时检测。

采用模拟温度传感器PT100对温度进行检测；采用串型模数转换器ADC0809进行A/D转换把温度信号调解转换为电压信号与AT89C51单片机接口设置LED八段数码管实时显示温度值。

本设计包括温度传感器、A/D转换模块、数据传输模块、温度显示模块四个部分。

关键词：单片机，PT100热电阻，ADC0809，温度检测The design of Single Chip MicrocomputerTemperature Detection SystemBased on the Resistive Thermal Detector of PT100AbstractThis article AT89C51 monolithic integrated circuit which produces by ATMEL Corporation is the core, can inspect a single point of the temperature in real time. The adoption of the serial A/D for temperature signals into voltage signal mediation AT89C51 Single-Ship Compute interfaces with the eighth LED digital display of real-time temperature. The design includes four parts of the temperature sensor and the A / D converter module and the data transmission modules and the temperature display module. Each part functions and the process was described in the Paper in detail.Key words：Single-Ship Computer; Resistive Thermal Detector of PT100; ADC0809; Measure-temperature目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 方案论证 (2)1.2.1 单片机选型 (2)1.2.2 模数转换器选型 (3)1.2.3 显示方案确定 (3)2 硬件设计 (4)2.1 温度信号的获取与放大 (4)2.1.1 元件介绍 (4)2.1.2 放大电路设计 (4)2.2 模数转换单元 (5)2.2.1 8位串行A/D转换器ADC0809 (5)2.2.2 模数转换单元电路的设计 (7)2.3 键盘电路的设计 (8)2.4 LED显示电路的设计 (8)2.4.1 LED数码管原理 (9)2.4.2 LED数码管编码方式 (9)2.4.3 LED数码管显示方式和典型应用 (10)2.4.4 LED数码管的原理图 (11)2.5 声光报警电路 (12)2.6 单片机接口电路 (13)2.6.1单片机的时钟电路 (13)2.6.2复位电路和复位状态 (13)3 软件设计 (16)3.1 程序设计语言的选用 (16)3.2 软件程序的设计 (16)3.2.1 程序流程 (16)3.2.2 键盘管理 (17)3.2.3 LED显示 (18)3.2.4 模拟量的采集与处理 (18)3.3源程序 (22)4 抗干扰设计 (29)4.1 用于单片机系统的干扰抑制元件 (29)4.2 提高单片机系统抗干扰能力的主要手段 (29)5 结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)论文原创性声明 ...................................................................................... 错误!未定义书签。

基于PT100热电阻的简易温度测量仪摘要：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。

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STC89C52RC单片机，TLC2543 A/D转换器，AD620放大器，铂电阻PT100及液晶系统，编写了相应的软件程序,使其实现温度及温度曲线的实时显示。

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 AD620 TL431AbstractThis 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. 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(STC89C52), analog to digital convert department (TLC2543), AD620 amplifier, PT100 platinum, LCD12864, write the corresponding software program to achieve real-time temperature display. The system is simple , accurate , stable and wide range. Keywords:PT100 MCU Temperature Measures AD620 TL431目录前言 (4)第一章方案设计与论证 (6)1.1 传感器的选择 (6)1.2 方案论证 (7)1.3 系统的工作原理 (8)1.4 系统框图 (9)第二章硬件设计 (9)2.1 PT100传感器特性和测温原理 (9)2.2 硬件框图以及简要原理概述 (11)2.3 恒流源模块测温模块设计方案 (11)2.4 信号放大模块 (12)2.5 A/D转换模块 (15)2.6 单片机控制电路 (18)2.7 显示模块 (19)第三章软件设计 (19)3.1系统总流程的设计 (19)3.2 主函数的设计 (20)3.3 温度转换流程图的设计 (21)3.4 显示流程图 (21)3.5 按键流程的设计 (22)第四章数据处理与性能分析 (23)4.1采集的数据及数据处理 (23)4.2 性能测试分析 (23)第五章结论与心得 (24)1 结论 (24)2 心得 (24)附录1 原理图 (25)附录2 元器件清单 (26)附录3 程序清单 (27)前言随着科技的发展和“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。

三线制pt100热电阻测温电路的设计以三线制PT100热电阻测温电路的设计为标题，本文将详细介绍该电路的设计原理、组成部分以及工作原理。

一、设计原理三线制PT100热电阻测温电路是一种常用的温度测量电路，其基本原理是利用PT100热敏电阻的温度特性来测量被测温度。

PT100热敏电阻是一种铂电阻，其电阻值随着温度的变化而变化，具有较高的精度和稳定性。

二、组成部分1. PT100热敏电阻：PT100热敏电阻是测温电路的核心元件，其电阻值与温度成正比，通常采用铂电阻材料制成。

2. 增加电阻：为了提高电路的灵敏度和测量范围，通常在PT100热敏电阻前串联一个固定电阻，使电路的总电阻变化更大。

3. 恒流源：为了保持电路中的恒定电流，通常在电路中加入一个恒流源，保证电流的稳定性。

4. 运放：为了放大电路中的微弱信号，通常在电路中加入一个运放，以提高电路的灵敏度和抗干扰能力。

5. A/D转换器：为了将模拟信号转换为数字信号，通常在电路中加入一个A/D转换器，以便通过数字方式读取温度值。

三、工作原理1. 恒流源通过PT100热敏电阻和增加电阻形成一个电桥电路，使电流通过PT100热敏电阻。

2. PT100热敏电阻的电阻值随温度的变化而变化，从而使电桥电路产生不平衡电压。

3. 运放对电桥电路的不平衡电压进行放大，输出一个与温度成正比的电压信号。

4. A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，通过数字方式读取并显示温度值。

四、电路设计注意事项1. 选择合适的PT100热敏电阻：根据被测温度范围选择合适的PT100热敏电阻，确保其电阻值变化在合适的范围内。

2. 确保电路的稳定性：恒流源和运放的选择要保证电路的稳定性，避免温度变化对测量结果的影响。

3. 抗干扰能力：合理布局电路，采取屏蔽措施，提高电路的抗干扰能力，避免外界干扰对测量结果的影响。

4. 温度补偿：由于PT100热敏电阻的温度特性并非完全线性，为了提高测量的准确性，可以进行温度补偿，校正测量结果。

Pt100热电阻的测温电路[摘要] 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。

热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。

在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。

目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。

用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。

温度测量系统应用广泛，涉及到各行各业的各个方面，在各种不同的领域中都占有重要的位置。

从降低开放成本扩大适用范围、系统运行的稳定性、可靠性出发，设计一种以Pt100铂热电阻为温度信号采集元件的传感器温度测量系统。

才测量系统不但可以测量室内的温度，还可以测量液体等的温度，在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，电路设计简单实用。

[关键字] 传感器Pt100热电阻温度测量目录1 前言 (4)1．1 传感器概况 (4)1．2 设计目的 (7)2 设计要求 (8)2．1 设计内容 (8)2．2 设计要求 (9)3 原器件清单 (10)4 Pt100热电阻的测温电路 (11)4．1 总体电路图 (11)4．2 工作原理 (11)5 Pt100热电阻测温电路的原理及实现 (12)5．1 测温电路的工作原理 (12)5．2 测温电路的实现 (14)5．3 测量结果及结果分析 (15)6 制作过程及注意事项 (16)6．1 制作过程 (16)6．2 注意事项 (17)7 总结 (18)8 致谢 (19)参考文献 (20)1 前言1．1传感器概况传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

一、实验目的本次实验旨在通过实践操作，了解温度测量原理，掌握温度传感器的使用方法，并对不同类型温度传感器的性能进行比较分析。

通过实验，加深对温度测量基础知识的理解，提高实际操作能力。

二、实验原理温度测量是科学研究、工程应用和日常生活中不可或缺的环节。

本实验采用多种温度传感器进行温度测量，主要包括热电偶、热电阻和热敏电阻等。

1. 热电偶测温原理：热电偶由两种不同材料的导体组成，当其两端处于不同温度时，会产生热电势。

根据热电势与温度之间的关系，可测量温度。

2. 热电阻测温原理：热电阻的电阻值随温度变化而变化，通过测量电阻值，可得到温度值。

3. 热敏电阻测温原理：热敏电阻的电阻值随温度变化而变化，通过测量电阻值，可得到温度值。

三、实验器材1. 热电偶（K型、E型）2. 热电阻（铂电阻、镍电阻）3. 热敏电阻（NTC、PTC）4. 温度传感器实验模块5. CSY2001B型传感器系统综合实验台6. 温控电加热炉7. 连接电缆8. 万用表：VC9804A、VC9806四、实验步骤1. 将实验模块连接到CSY2001B型传感器系统综合实验台上。

2. 将热电偶、热电阻和热敏电阻分别接入实验模块。

3. 打开实验台，设置实验参数，如温度范围、采样时间等。

4. 启动实验，观察温度传感器的输出信号。

5. 记录实验数据，包括温度值、电阻值等。

6. 分析实验数据，比较不同温度传感器的性能。

五、实验结果与分析1. 热电偶测温实验结果：K型热电偶和E型热电偶在实验温度范围内具有较好的线性度，测量误差较小。

2. 热电阻测温实验结果：铂电阻和镍电阻在实验温度范围内具有较好的线性度，测量误差较小。

3. 热敏电阻测温实验结果：NTC热敏电阻和PTC热敏电阻在实验温度范围内具有较好的线性度，测量误差较小。

4. 性能比较分析：（1）热电偶具有较宽的测量范围，但价格较高，安装和维护较为复杂。

（2）热电阻具有较好的精度和稳定性，但测量范围相对较窄。

热电阻测温仪检测电路课程设计热电阻测温仪是一种常见的温度测量设备，利用热电阻的电阻与温度之间的关系来实现温度的测量。

它具有简单、精度高、响应快等优点，广泛应用于工业、科研、医疗等领域。

本课程设计旨在设计一个基于热电阻测温仪的温度检测电路，并结合相关理论知识进行实验验证。

一、设计目标和原理设计目标：设计一个精度高、稳定可靠的温度检测电路，能够测量介于-50~150°C范围内的温度，并能够实时显示温度数值。

原理介绍：热电阻测温仪原理是基于热电阻元件的电阻与温度之间的关系。

常见的热电阻元件有铂电阻（PT100、PT1000）、镍电阻（Ni100、Ni1000）等，根据不同材料的特性，构造相应的测温电路。

二、硬件设计1.选择热电阻元件：根据设计要求选择合适的热电阻元件，如PT100。

2.连接方式：将热电阻元件与电路板连接，通常使用3线或4线制连接。

其中3线制只需两根导线来接电阻元件，电阻线与导线线头焊接；4线制需要四根导线，两根用来接电阻元件，另外两根用来进行电流的测量。

3.扩散电阻：由于热电阻元件尺寸较小，为增加灵敏度，并消除受周围温度影响，可以使用金属盖片等进行扩散，使得热电阻元件能够更好地感应温度。

4.制作电路板：根据电路设计，制作相应的电路板。

三、电路设计1. PT100测温电路设计：选用PT100作为测温元件。

将PT100连接至电路板上，通过电流源（如电阻）提供恒定的电流，测量电阻两端电压，进而计算出温度数值。

2.信号放大电路设计：由于PT100的电阻变化很小，为了提高检测精度，需要设计相应的信号放大电路对电压进行放大。

3.温度传感器接口设计：为了方便与其他设备的连接，设计一个温度传感器接口，以便输出温度信号。

四、软件编程1.采集和处理温度数据：利用单片机或其他开发板，编写相应的程序对温度信号进行采集和处理，包括滤波、线性化、单位换算等操作。

2.数字显示：将处理后的温度数值通过数字显示模块进行实时显示。

单片机课程设计报告-- 基于单片机的热敏电阻测温系统设计单片机课程设计报告2011 / 2012 学年第 2学期课程名称：单片机课程设计上机项目：基于单片机的热敏电阻测温系统设计专业班级：电子信息工程02班1摘要在日常生活及工业生产过程中，经常要用到温度的检测及控制，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。

传统的测温元件有热电偶和热电阻。

而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法相对比较复杂，需要比较多的外部硬件支持。

我们用一种相对比较简单的方式来测量。

我们采用温度传感器DS18B20作为检测元件，温度范围为-55~125 ºC,最高分辨率可达0.0625 ºC。

DS18B20可以直接读出被侧温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

本文介绍一种基于STC12C5608AD单片机的一种温度测量及报警电路,该电路采用DS18B20作为温度监测元件，测量范围0℃-～+100℃，使用数码管驱动芯片CH451显示，能设置温度报警上下限。

正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了集成温度传感器DS18B20的原理，STC12C5608AD单片机功能和应用。

该电路设计新颖、功能强大、结构简单。

关键词：温度测量DS18B20 STC12C5608AD CH451目录2摘要 (2)第1章绪论 (4)第2 章时间安排 (5)第3章设计方案及选材 (6)3.1 系统器件的选择 (7)3.1.1温度采集模块的选择与论证 (7)3.1.2 显示模块的选择与论证 (8)3.2 设计方案及系统方框图 (8)3.2.1 总体设计方案 (8)3.2.2 系统方框图 (9)第4章硬件设计 (10)4.1 总系统组成图 (10)4.2 温度测量传感器部分 (10)4.3 控制部分 (10)4.4 显示部分 (11)4.5 报警部分 (12)第5章程序流程图设计 (13)5.1 主程序流程图 (13)5.2 温度采集流程图 (14)第6章总结 (15)参考文献 (16)3第1章绪论现在电子技术日新月异，各种新型的自动控制系统也越来越多地运用到人们的日常生活、工业生产等领域，它不但可以提高劳动生产率，而且可以使控制的设备或执行的操作更加精确。

北京邮电大学电子电路综合设计实验课题名称：热电阻温度测量系统的设计与实现索引一、概要二、设计任务要求三、设计思路与总体结构图四、分块电路和总体电路的设计1、温度传感器电路设计2、集成三运放差分设计3、滤波器电路设计4、A/D转换与显示电路设计……….........五、功能说明 (9)六、实际测试数据七、所用元器件及测试仪表清单 (11)八、故障及问题分析九、实验总结与结论十、原理图及PCB板图十一、参考文献一、概要1.1、课题名称热电阻温度测量系统的设计与实现1.2、报告摘要为了实现利用热敏电阻测量系统温度，设计实验电路。

利用热电阻Pt100为温度测量单元，系统主要包括传感电路、放大电路、滤波电路、A/D转换电路和显示电路五个单元构成。

通过包含热敏电阻的电桥电路实现温度信号向电信号的转换，利用三运放差分电路实现放大差模信号抑制共模信号并通过二极管显示二进制数来显示温度值。

此电路可以定量的显示出温度的与A/D转换器输入电压的关系，再通过量化就可以实现温度测量的功能。

报告中首先给出设计目标和电路功能分析，然后讨论各级电路具体设计和原理图，最后总结本次实验并给出了电路图。

1.3、关键字测量温度热敏电阻差分放大低通滤波 A/D转换二、设计任务要求（1）了解掌握热电阻的特性和使用方法。

（2）了解数模转换电路的设计和实现方法。

（3）了解电子系统设计的方法和基本步骤。

（4）设计一个利用热电阻Pt100 为温度测量元件设计一个电子测温系统，用发光二极管显示A/D的输出状态，并模拟测温（实际上实验室给的是Pt300），用Altium Designer软件绘制完整的电路原理图（SCH）。

三、设计思路与总体结构图图1：热电阻温度测量的系统原理框图如图将系统划分为传感器电路、放大电路、滤波电路、A/D转换电路显示器和电源电路共六个单元。

传感器是由Pt100及若干精密电阻和电位器构成的电桥电路组成；放大器是有运放LM324构成仪表放大器，具有较高的共模抑制比和输入阻抗；滤波电路采用高精度OP07二阶低通有源滤波器；模数转换电路是用ADC0804进行设计，并利用NE555N产生频率为1KHz到1.3KHz的时钟信号来使数模转换电路实现实时同步；显示电路由发光二极管构成；电源电路采用变压器、稳压模块和整流桥等器件进行设计。

PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：
R=Ro(1+αT)
其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度。因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。
PT100是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，然后再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。
具体的需求对象可以从以下几个方面进行表述：
1、在人类社会进入知识经济时代、信息技术高速发展的背景下，热电阻及其测量控制技术得到日益广泛应用，给热电阻行业的快速发展提供了良好契机。热电阻是信息产业的源头和组成部分，是信息技术的重要基础。
2、热电阻广泛应用于装备、改造传统产业的工艺流程的测量和控制，是现代化大型重点成套装备的重要组成部分，是信息化带动工业化的重要纽带。
图3.2 信号采集调理电路
根据运放的“虚短”、“虚断”作用，电压信号放大转换为可以输入A/D转换器的合适电压值。
2.3 A/D模数转换模块
2.3.1 ICL7135功能介绍
ICL7135是一种四位半的双积分A/D转换器，可以转换出±20000个数字量选通控BCD码输出，与单片机接口十分方便。它具有精度高（相当于14位A/D转换），价格低的优点。其转换速度与时钟频率相关，每个转换周期均有：自校准（调零），正向积分（被测模拟电压积分），反向积分（基准电压积分）和过零检测四个阶段组成，其中自校准时间为10001个脉冲，正向积分时间为10001个脉冲，反向积分直至电压到零为止（最大不超过20001个脉冲）。故设计者可以采用从正向积分开始计数脉冲个数，到反向积分为零时停止计数。将计数的脉冲个数减10000，即得到对应的模拟量。具体电路如图2.3所示。

现代测控系统集成设计报告——热电阻型测温系统的集成设计与实现姓名：赵明学号：3112079008班级：硕2022专业：测试计量技术与仪器报告日期：2012年12月23日目录设计要求 (1)一、系统总体框架设计 (2)二、系统的详细设计 (2)1、Pt100热电阻 (2)2、调理电路 (3)3、数据采集系统 (5)4、PC显示 (5)5、系统各环节参数设计 (5)6、各软件模块的设计 (6)（1）电压采集、电阻与温度转换 (6)（2）PT100热电阻一阶阶跃响应特性的数据采集与显示 (7)（3）一阶系统时间常数τ的测量 (8)（4）用数字滤波法对一阶系统频带进行扩展 (9)三、系统的测试 (11)1、测温仪的功能测试 (11)2、一阶阶跃响应及时间常数τ的测量 (12)3、用数字滤波器实现频带扩展 (13)四、实验中产生的误差的原因及解决方法 (15)1、测温仪的误差 (15)2、一阶系统阶跃响应曲线误差 (15)设计要求设计热电阻型测温系统(包括2部分：Pt100热电阻和测温仪)1． 设计测温仪：要求：（1）与Pt100热电阻配用（用一电阻箱模拟热电阻的输出值）； （2）测温仪的测温范围不小于0～200℃，有效分辨力为0.2℃ （3）具有虚拟面板，其功能如下：输出显示类控件 主显参量：被测温度值，最低有效位数为0.1℃ 副显参量：热电阻的电阻值、热电阻两端的电压值 输入控制类控件按钮控件：信号采集停止2． 组建测温系统：要求：（1）硬件设计：连接Pt100热电阻和测温仪构成测温系统 （2）软件设计：计算该测温系统的时间常数τ值（3）具有虚拟面板，其功能如下：（在测温仪面板的基础上）输出显示类控件测温系统的时间常数τ值；波形显示该测温系统（一阶系统）的阶跃响应曲线 。

输入控制类控件按钮控件：按下此键，仪器开始对Pt100热电阻传感器R T 两端信号进行数据采集。

数字控件1：采样间隔设置数字控件2：“初始点数”，观察采样波形，输入波形正常后（即去掉畸形采样点）的起始点序数测温仪——与Pt100热电阻配用Pt100热电阻测温系统结构框图一、系统总体框架设计一个完整测量系统由传感器、调理电路、A/D 转换和计算机组成，对于热电阻型测温系统来说，该系统由Pt100热电阻、调理电路、数据采集和计算机构成。

目录1 绪论12 系统硬件电路设计3测温电桥电路3信号放大电路 (6)AD转换电路 (7)控制电路 (9)声光报警电路 (10)显示电路 (11)电源电路 (12)3 系统软件设计154 总结与展望 (16)参考文献 (17)1概述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;系统硬件原理图如图1—1图1—1系统框图系统硬件原理图如图1—1所示,由热电阻传感器测的外界温度,经过信号放大,然后送给模数转换,将原有的模拟信号转换为可以贝单片机识别和运算的数字信号,然后在通过软件编程通过显示电路显示出来当前所测得的温度;它的各部分电路说明如下： 1.测温模块：该部分电路主要使用测温电桥,当温度变化时,电桥处于不平衡状态,从而输出不平衡电压,为测温的基础; 2.信号处理部分：该部分电路包括电压信号的放大和AD转换,实现模数变换,以及硬件滤波;3.单片机部分：AT89C51 单片机系统是数字霍尔电流表的核心部分,主要任务有：控制TLC2543,为其提供合适的时序,使其正常工作和采集模数转换后的数字信号,使用软件滤除干扰,并对数字信号进行计算,然后输出显示;4.电源电路部分：该部分电路负责将输入的9V~12V直流电,分别转换为稳定的9V、5V、-9V直流电,给传感器,放大电路,单片机,TLC2543等供电;5.显示电路,声光报警电路：显示电路的作用是将测量的温度实时显示出来,当测量温度超过限定值时报警电路将发出声光进行报警;2 数字温度计系统硬件电路设计系统由五大部分组成：1测温电桥温量电路；2数据采集,滤波,放大,AD转换电路；3单片机AT89C51控制及数据计算电路；4电源电路；5温度实时显示电路和声光报警电路;测温电桥电路本次课程设计的测温电路为测温电桥,测温电桥的主要部分是热敏电阻;热敏电阻的主要特点是：①较高,其要比金属大10～100倍以上,能检测出10-6℃的温度变化；②宽,常温适用于-55℃～315℃,高温器件适用温度高于315℃目前最高可达到2000℃,低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便,电阻值可在～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强;本次设计采用的是正温度系数的热电阻PT100,它是最常用的温度传感器之一,与其他热敏电阻相比,它的主要优点是测量精度高可精确到摄氏度,线性度好,测量范围广-200℃～650℃,性能稳定,使用方便,完全满足设计要求,所以我最终选择铂电阻PT100作为传感器;PT100温度传感器属于正电阻系数,其电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示：在0～650℃范围内：Rt =R0 1+At+Bt2在-200～0℃范围内：Rt =R0 1+At+Bt2+Ct-100t3式中A、B、C 为常数,其中A=×10-3；B=×10-7；C=×10-12；图2-2 电阻温度曲线图由于它的电阻—温度关系的线性度非常好,电阻温度曲线如图2-2 所示,因此在测量较小范围内其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro1+αT其中α=, Ro为100Ω在0℃的电阻值,T为华氏温度;Pt100是电阻式温度传感器,测温的本质其实是测量传感器的电阻,通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号,然后再将模拟信号转换成数字信号,再由处理器换算出相应温度;测温电路原理图如下图所示：图如上图所示,热敏电阻RT和RA1,RB1,RC1,以及可变电阻R2组成一个测温电桥,在温度为20度时,调节R2使电桥达到平衡;当温度升高时,热敏电阻的阻值变大,电桥失去平衡,电桥输出的不平衡电压,经过滤波后,输入运算放大器,进行放大处理;电桥的分析：电桥原理图：电桥灵敏度的分析：当各桥臂发生微小变化时,电桥失去平衡,其输出为：信号放大电路本次课程设计,放大模块采用的是OP07放大集成电路;OP07芯片是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路;由于OP07具有非常低的输入失调电压对于OP07A 最大为25μV ,所以 OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施;OP07同时具有输入偏置电流低OP07A为±2nA 和开环增益高对于OP07A为300V/mV的特点,这种低失调、高开环增益的特性使得 OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面;OP07具有以下特点：超低偏移： 150μV最大 ;低输入偏置电流： ;低失调电压漂移：μV/℃ ;超稳定,时间： 2μV/month 最大高电源电压范围：±3V至±22VOP07的引脚分布如下图所示：OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡调零端,2为反向输入端,3为正向输入端,4接地,5空脚 6为输出,7接电源+;OP07放大电路的电路原理图如下所示：如上图所示,将测温电桥的输出用差分的方式输入OP07,放大60倍以获得合适的AD输入电压;AD转换电路此次课程设计的AD转换电路,负责将放大后的模拟电压信号转化为可供单片机识别的数字信号;主要采用TLC2543.TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程;由于是串行输入结构,能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中,分辨率较高,因此在仪器仪表中有较为广泛的应用;2TLC2543的特点：112位分辩率A/D转换器；2在工作温度范围内10μs转换时间；311个模拟输入通道；43路内置自测试方式；5采样率为66kbps；6线性误差±1LSBmax；7有转换结束输出EOC；8具有单、双极性输出；9可编程的MSB或LSB前导；10可编程输出数据长度;TLC2543的引脚分布如下图所示：引脚说明1电源引脚Vcc ,20脚:正电源端,一般接+5V;GND,10脚:地;REF+,14脚:正基准电压端,一般接+5V;REF-,13脚:负基准电压端,一般接地;2控制引脚CS,15脚:片选端,由高到低有效,由外部输入;EOC,19脚:转换结束端,向外部输出;I/O CLOCK,18脚:控制输入输出的时钟,由外部输入;3模拟输入引脚AIN0～AIN10 ,1～9脚、11～12脚:11路模拟输入端,输入电压范围:～Vcc+;4控制字输入引脚DATA TN PUT,17脚:控制字输入端,选择通道及输出数据格式的控制字由此输入;5转换数据输出引脚DATA OUT ,16脚:A/ D 转换结果输出的3态串行输出端;TLC2543在本设计的电路原理图如下所示：控制电路AT89C51单片机最小系统由AT89C51单片机及其外围电路组成,是数字温度计系统的核心;AT89C51单片机在高温环境中稳定性好,支持在线编程ISP,无需专用的编程器,方便调试.AT89C51单片机对很多嵌入式控制应用提供了一个高灵活有效的解决方案;它的作用是控制TLC2543进行模数转换、形成必要的时序、进行数据计算以及控制数码管显示;AT89C51单片机各个引脚分布如图所示：图1 图2图3图1为单片机的晶振电路,图2为单片机的复位电路,图3为单片机的引脚分布及各引脚的接口,单片机采用5V供电;D1为单片机上电电源指示灯,为报警指示灯的接口,为报警蜂鸣器的接口,为74HC373的8位数据接口,X1,X2为晶振电路的接口,与晶振电路相连;为TLC2543的控制端口,为显示数码管的为位选控制端口,RST为单片机的复位端口,与复位电路相连;声光报警电路当测量的温度超过限定值时,声光电路将进行声光报警,提醒操作人员及时进行处理,避免系统长时间工作在高温情况下,影响系统的性能和使用寿命;声光报警电路由一个发红色光LED灯和蜂鸣器构成;电路原理图如下所示：声光报警电路显示电路显示电路由8位锁存器74HC373,4个八段数码管构成,74HC373的8个输出口分别与各个数码的8个段选端口相连;经过单片机P0输出的8位数据,进入74HC373中,先锁存,再通过单片机的口来选择要显示的位,即控制数码管的位选,通过以上所述来达到实时显示温度的目的;显示电路原理图如下所示：74HC373是八位D型锁存器,其的逻辑图和引脚排列图如下：由图可见它是三态输出结构,1引脚为输出使能控制信号端,当1引脚为低电平时,8个输出三态门导通；当其为高电平时,输出三态门为高阻态;74HC373内部集成有8位D型锁存器,1D,2D,```````8D是8个数据输入端,CP是锁存控制信号;在输出使能信号CS=0情况下,若CP为高电平,输出Q跟随输入数据D变化而变化,即D=0,Q=0,D=1,Q=1,若CP为低电平,输出Q的状态被锁存在CP变0之前时刻各相应数据输入端的电平上,当CS=1时,输出虽然为高阻态,已有的锁存数据仍然保留,新的数据也可以进入,因而输出使能信号CS不影响内部锁存功能;电源电路电源是整套系统工作的基础,要实现温度的精确测量与显示跟一个合适的稳定的电源是密不可分的,由系统组成可知,系统要正常工作需要一个稳定的+5V 电源,用来给测温电桥,单片机,显示模块,AD模块供电,要实现信号的放大还需要给放大模块提供稳定的+9V ,-9V电源;电源模块的电路原理图如下所示：由原理图可知,220V交流电经过变压,整流,滤波后分成两个支路,一路经过滤波后输入LM7809,另一路进过滤波后输入LM7909C1、C7分别为7809和7909的输入滤波电容,两路的输出经过滤波C2和C8分别为滤波电容,去高频耦合C5和C10为去耦电容后分别提供+9V,-9V稳定电压,其中路经LM7809的支路,输出后又经LM7805稳压输出+5V电源,通过上述的电压变化可以达到电路的需求;常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 ××系列和负电压输出的79××系列;顾名思义,三端IC是指这种稳压用的集成电路,只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端;它的样子象是普通的三极管,TO- 220 的标准封装,也有9013样子的TO-92封装;用78/79系列三端稳压IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜;该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压,如7806表示输出电压为正6V,7909表示输出电压为负9V;7805和7809的封装与管脚图如图1所示,7909的封装与管脚图如图2所示图1 图2在实际应用中,应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器当然小功率的条件下不用;当稳压管温度过高时,稳压性能将变差,甚至损坏;散热片总是和接地脚相连;这样在78系列中,散热片和②脚连接,而在79系列中,散热片却和①脚连接;78系列的稳压集成块的极限输入电压是36V,最低输入电压比输出电压高3-4V;还要考虑输出与输入间压差带来的功率损耗,所以一般输入为9-15V 之间;7909的参数如下图所示：3 数字温度计系统软件设计软件总体流程设计软件设计采用c语言编程,运用模块化程序设计思想,对不同功能模块的程序进行分别编程,以便移植或调用,这样使软件层次结构清晰,有利于软件的调试修改;系统程序构建数字温度计系统软件部分采用模块化设计思想,将系统分为主程序、初始化处理模块、中断检测模块、延时处理模块、数据处理模块、显示模块,其软件系统的主程序实现流程如下图所示：NO4 总结与展望数字温度计是为了测温而设计开发的;在单片机技术与热敏电阻的巧妙结合下,可以有效测出温度,并实时数字显示,当温度超过限定值时会及时发出报警,提高了操作的安全性,同时为测量人员提供了方便;本文设计应用中,主要进行了以下几方面的工作:1 本文在前半部分详细叙述了利用热敏电阻,组成测温电桥的测温的原理及为何选用PT100,使我更加了解本设计的设计目的及要求;2 在了解热阻效应和PT100的工作原理的基础上研究和分析了系统设计方案,并对系统中遇到的不同的场景进行了分析；3 完成了数字温度计系统的硬件选型和电路设计；4 完成了系统的软件流程图设计；本文通过对数字温度计系统的设计过程及计算得出如下结论:本系统对有限温度范围内的温度测量具有较高的精度,实现了测量温度显示和超出限定温度报警功能,其主要技术指标达到了系统设计要求；本文关于数字温度计的设计,虽然可以满足广大普通客户的需求,也做了一些尝试性的探索工作,但是还存在很多不完善的地方,仍有许多方面有待进一步深入研究:１需要对热敏电阻的线性度和系统电路设计的可靠性进行进一步的研究；２本文在系统的精度方面研究非常局限,并没有做到非常精确,这就要求以后在这方面还有更近一步研究;３本次课程设计的数字温度计的测量范围具有很大的局限性,只是在理论上通过了,在实际电路中必将遇到很多问题,在硬件电路中如电源的稳定输出,滤波等方面有待很大的改善;。

热 电阻是根据 电阻的热效应阻值随温度 的变化 而变 化 ， 因
此， 可以根据其阻值测量 温度 ， 常用的热电阻有 Ｐ １ ０ ０ 、 Ｐ Ｔ ５ ０以及
Ｃ ｕ ５ ０等 ， 其中以 Ｐ ｌ ０ ｏ应 用最 为 广 泛 。
发射极电流 ． 并且在运算过程 中消除 了电源 电压＋ ５ Ｖ的影响 ， 误
的影响， 详细分析 了电路原理并给 出计算过程 ， 电路 简洁实用、 测量精度较高。
关键词 ： 三线制 ； Ｐ Ｔ Ｉ Ｏ ０ ； 测 温
中图分类号： Ｔ Ｐ ２ １ ６ 文献标识码： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ３ — ５ １ ６ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ７ — ０ ２ １ ２ — ０ １ 工业 中经 常要对温度信 号进行测 量 ，而 Ｐ Ｔ １ ０ ０测 温范 围 在一 ２ ０ ０ ～ ８ ５ ０ ％之间 ， 并且具有 较好 线性度 ， 测温精 确 ， 因此在供
差仅与电阻 Ｒ １与 电压 基 准 Ｕ ２有 关 ，因此 Ｒ１电 阻要 选 择 温 漂 较 小 的金 属 膜 电 阻 。 差动放大 电路主要 由运算放 大器 Ｕ ３以 及 电 阻 Ｒ ４ 一 Ｒ ９组
在实际 中 Ｐ Ｔ Ｉ Ｏ ０传感器 和现场仪表之 间连线会较长 ， 接线 的导线电阻将 引入 测量误差 ，因此在工业 中常采用三线制消除
２ 三 线 制测 量 电路 的 设计
根据以上对三线制原理 的分 析 ， 设计热 电阻三线制测量 电 路 如图 ２ 所示 ， 电路 由恒流源电路 和差动放大 电路两部分组成 。 其中恒流 源电路主要 由电压基准 ｕ １ 、 运算放 大器 Ｕ ２与三 极管 Ｑ １ 、 Ｑ ２以及外围阻容元件组成 。恒流源电路 由集成 电压基
导 线 引 入 的 误 差 。 三线 制 测 量 原 理如 图 １ 所示 。

三线制pt100热电阻测温电路的设计三线制PT100热电阻是一种常用的温度传感器，广泛应用于工业自动化控制领域。

本文将围绕三线制PT100热电阻测温电路的设计展开讨论，包括其原理、电路设计和性能优化等方面。

一、原理三线制PT100热电阻的原理基于金属的温度特性，当热电阻与金属导线连接后，通过测量导线的电阻值来间接测量温度。

PT100的“100”代表其在0℃时的电阻值为100欧姆。

三线制的设计是为了消除导线电阻对温度测量的影响，提高测量的准确性。

二、电路设计三线制PT100热电阻测温电路的设计主要包括电源电压选择、电流源设计、电压测量和温度转换等几个方面。

1. 电源电压选择：根据PT100的特性，通常选择2.5V或3.3V作为电源电压。

较低的电源电压可以减小电路功耗，但同时也会影响测量精度。

2. 电流源设计：为了提供稳定的电流源，常用的设计是采用稳压电流源。

稳压电流源能够根据温度变化自动调整电流，从而保证测量的准确性。

3. 电压测量：为了测量PT100的电阻值，需要将电阻值转换为电压信号。

常用的方法是采用电桥电路进行测量，通过调整电桥的电阻比例使得电桥平衡，然后测量平衡时的电压信号。

4. 温度转换：将测量得到的电压信号转换为温度值。

通常使用微处理器或专用的温度转换芯片来完成这一过程，通过查表或计算公式将电压信号转换为对应的温度值。

三、性能优化为了提高三线制PT100热电阻测温电路的性能，可以从以下几个方面进行优化。

1. 电源稳定性：选择稳定的电源电压，并采用电源滤波和稳压电路来提高电源的稳定性，减小电源噪声对测量结果的影响。

2. 电流源精度：选择精度较高的稳压电流源，保证电流源的稳定性和准确性，避免电流源漂移对测量结果的影响。

3. 电桥平衡：调整电桥的电阻比例，使得电桥平衡时的电压信号最大化，提高测量的灵敏度和准确度。

4. 温度转换精度：选择合适的温度转换芯片，校准转换芯片的参数，保证转换的准确性。