温度传感器论文

在现代工业领域，温度检测系统是指用某种方式显示出当前的环境温度。

传统使用PTC或NTC电阻作为温度传感器的方式在使用过程中存在着很多不足之处，比如所采集温度的精度比较低、系统的可靠性差、设计难度较大、整体设计成本较高等缺点，已经无法满足现代工业生产中高精度温度控制的需求。

而采用专用温度传感器，则可以在克服以上缺点，很大程度上提高温度检测系统的性能。

本文阐述了一个基于专用温度传感器AD590的高精度温度检测系统的设计和实现过程。

整个设计包括：使用AD590的模拟温度采集传感器，专用仪表放大器AD620的信号处理系统，由ADC0804构成的模数转换电路，采用AT89C52组成的单片机系统，数码管显示系统和整机所需的供电系统。

关键字：温度检测系统；AD590；AT89C52ⅠThe temperature check system in modern industry is that uses some special method to process and display the environmental temperature. Tradition uses PTC or NTC resistance to be using process to there be existing much defects as the temperature sensor way, supposes that what be detected the temperature has a bad accuracy, systematic reliability is bad, has much difficulties to design, and the cost of entire system is expensive. To use this method already unable satisfied modern industry produces the need being hit by the high-accuracy temperature under the control. Use the special temperature transducer could improve the systematic function of temperature detecting.This article elaborated the high-accuracy temperature having set forth a because of special temperature transducer AD590 checks the main body of a book systematically designing and realizing process. Entire design is included: Use the AD590 temperature transducer to detect the analog temperature, instrumentation amplifier AD620 signal process system, change the analog signal to digital signal circuit of ADC0804, the AT89C52 MUC system and the power system.Key word：temperature check system；AD590；AT89C52Ⅱ目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)目录 (Ⅲ)1 绪论 (1)1.1简介 (2)1.2 温度控制系统的国内外现状 (2)1.3温度控制系统方案 (2)1.4 论文的主要任务和所做的工作 (2)2设计方案以及论证 (4)2.2 温度传感部分 (4)2.3 A/D转换部分 (5)2.4数字显示部分 (6)3电路设计 (8)3.1 硬件电路设计 (8)3.1.1 温度采集电路 (8)3.1.2 AD转换电路 (8)3.1.3 单片机电路 (10)3.1.4 显示电路 (14)3.1.5 电源电路 (16)3.2 软件系统设计 (16)3.2.1 主程序设计 (16)3.2.2 AD转换程序 (17)3.2.3 温度采样 (18)3.2.4温度标度转换算法 (19)3.3 特殊元器件介绍 (22)4 总结 (24)参考文献 (25)附录 (26)1 绪论1.1 简介当代社会，温度检测系统被广泛应用于社会生产、生活的各个领域。

温度传感器论文目录一、温度传感器的概述 (3)二、温度传感器的分类 (3)三、温度传感器的工作原理 (4)四、DS18B20传感器的简介 (6)1、DS18B20传感器的概述 (6)2、DS18B20传感器的应用范围 (6)3、DS18B20传感器的工作原理 (7)4、DS18B20传感器使用中的注意事项 (8)一、温度传感器的概述温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。

温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。

温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。

温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器，从十七世纪初人们开始利用温度进行测量。

在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。

与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。

温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为人们的生活提供了无数的便利和功能。

二、温度传感器的分类1、接触式接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。

2、非接触式它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。

这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。

三、温度传感器的工作原理1、金属膨胀原理设计的传感器金属在环境温度变化后会产生一个相应的延伸，因此传感器可以以不同方式对这种反应进行信号转换。

2、双金属片式传感器双金属片由两片不同膨胀系数的金属贴在一起而组成，随着温度变化，材料A比另外一种金属膨胀程度要高，引起金属片弯曲。

弯曲的曲率可以转换成一个输出信号。

3、双金属杆和金属管传感器随着温度升高，金属管（材料A）长度增加，而不膨胀钢杆（金属B）的长度并不增加，这样由于位置的改变，金属管的线性膨胀就可以进行传递。

摘要：随着科技的不断进步，温度传感器在工业、农业、医疗等多个领域得到了广泛的应用。

本次实训旨在通过实践操作，深入了解温度传感器的工作原理、性能特点及应用，提高对温度传感器技术的掌握和应用能力。

本文详细介绍了实训过程、实验结果与分析，并对温度传感器的未来发展进行了展望。

关键词：温度传感器；实训；应用；实验；分析一、引言温度传感器是测量温度的重要设备，具有精度高、响应快、抗干扰能力强等优点。

在工业、农业、医疗等领域，温度传感器被广泛应用于生产过程控制、环境监测、设备诊断等方面。

本次实训旨在通过实践操作，让学生深入了解温度传感器的工作原理、性能特点及应用，提高对温度传感器技术的掌握和应用能力。

二、实训目的1. 了解温度传感器的工作原理和性能特点；2. 掌握温度传感器的安装、调试和维护方法；3. 熟悉温度传感器的应用领域和实际操作技能；4. 培养学生的动手能力和团队协作精神。

三、实训内容1. 温度传感器的基本原理与分类；2. 温度传感器的性能指标与选择；3. 常用温度传感器的应用与比较；4. 温度传感器的安装与调试；5. 温度传感器的维护与故障排除。

四、实训过程1. 理论学习：首先，对温度传感器的基本原理、分类、性能指标、应用领域等方面进行了系统的理论学习，为后续实践操作奠定了基础。

2. 实验操作：在实验过程中，学生按照实验指导书的要求，对各种温度传感器进行了安装、调试和测试。

实验内容包括：（1）热电阻温度传感器的安装与测试；（2）热电偶温度传感器的安装与测试；（3）热敏电阻温度传感器的安装与测试；（4）温度传感器的信号调理与显示。

3. 数据分析：通过对实验数据的分析，总结了各种温度传感器的性能特点、适用范围和注意事项。

4. 撰写实训报告：根据实验结果，撰写了实训报告，总结了实训过程中的收获和体会。

五、实验结果与分析1. 热电阻温度传感器：实验结果表明，热电阻温度传感器具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点，适用于工业生产过程控制。

590AD 温度传感器摘要本文介绍了基于430MSP 单片机和590AD 温度传感器的一种温度采集系统，是利用169F 430MSP 单片机编程将传感器产生的模拟信号转变为数字信号，并在液晶显示器上显示出实时温度。

该系统中温度测量范围为C 10 -到C 50 。

测量精度达到小数点后一位。

在软件编程上，采用了C 语言进行编程，使用了显示模块程序、数据存取程序、A/D 转换程序等。

通过实验证明，本系统的测试结果与实际环境温度一致，对检测的温度进行实时显示。

关键词： 590AD 模拟温度传感器 D A 转换一、系统设计与实现1.基础部分1.1．系统硬件设计590AD 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。

它的主要特性是流过器件的电流（A μ）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：K /1TI r A =μ 式中：r I —流过器件（AD590）的电流，单位为μA ；因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电位器阻值1R 一定时，电压1V 随温度改变线性变化。

经运算放大器（跟随器）匹配放大，模拟电压进入单片机模拟信号采集端口。

经单片机模数转换模块处理，转换为数字信号。

将实时温度显示在液晶显示器上。

接口连接电路如图一所示，由于AD590的电流与热力学温度数值相等，则电压1V 与实时温度成正比，所以单片机采集的模拟电压与实时温度成正比。

经过单片机程序运算可以得出实时温度。

1.2．软件程序设计系统程序主要实现对采集来的模拟信号进行模数转换，并对数字信号进行液晶显示，所以程序有采集模拟信号、D A 转换和液晶显示三部分，程序设计流程图如下，1.3．数据分析计算590AD 产生的电流与绝对温度成正比，则单片机采集的电压值与温度成正比，169F 430MSP 单片机中的12ADC 模块转换结果的计算公式如下：-+---⨯=R R R IN ADC V V V V N 4095 其中，IN V 等于输入模拟电压，+R V 为参考电压的正电压，-R V 为参考电压的负电压（一般取0 V ）。

温度传感器应用及发展论文温度传感器是一种用于测量环境温度的设备，广泛应用于工业、农业、医疗、航空航天等领域。

本文将探讨温度传感器的应用及其发展趋势。

首先，温度传感器在工业领域的应用非常广泛。

工业生产过程中，许多设备和材料的性能受温度影响较大，因此需要实时监测和控制温度。

温度传感器可以用于监测炉温、冷却水温度、液体流体温度等，以确保工业生产的稳定性和安全性。

此外，温度传感器还可以用于监测电子设备的温度，防止过热导致设备损坏。

其次，温度传感器在农业领域也有重要的应用。

农作物的生长和发育受温度影响较大，因此需要实时监测和控制温度，以提供适宜的生长环境。

温度传感器可以用于监测温室内外的温度，帮助农民调节温室内的温度，提高农作物的产量和质量。

此外，温度传感器还可以用于监测土壤温度，帮助农民合理安排灌溉和施肥，提高农作物的生长效率。

此外，温度传感器在医疗领域也有重要的应用。

医疗设备和药品的存储和运输过程中，温度的控制非常重要。

温度传感器可以用于监测药品和疫苗的温度，确保其在适宜的温度范围内保存和运输，以保证其有效性和安全性。

此外，温度传感器还可以用于监测患者的体温，帮助医生及时发现和处理患者的疾病。

最后，温度传感器的发展趋势主要体现在以下几个方面。

首先，随着物联网技术的发展，温度传感器将更加智能化和网络化。

传感器可以通过无线网络与其他设备进行通信，实现远程监测和控制。

其次，温度传感器将更加小型化和集成化。

传感器的体积将更小，功耗更低，可以更方便地嵌入到各种设备中。

再次，温度传感器的精度和稳定性将得到进一步提高。

传感器的测量精度将更高，能够更准确地反映温度变化。

此外，传感器的稳定性也将得到提高，能够在恶劣环境下长时间稳定工作。

最后，温度传感器将更加多样化和多功能化。

传感器将具备多种测量模式和功能，以满足不同领域的需求。

综上所述，温度传感器在工业、农业、医疗等领域有着广泛的应用。

随着物联网技术的发展，温度传感器将更加智能化、小型化、精确化和多功能化。

摘要本论文主要介绍了温度测量方法以及基于单片机的温度显示与控制实验系统设计，包括原理设计、方案设计和利用keil软件进行编程和调试、程序下载、实验系统调试及数据标定、温度数据的采集及控制几个方面。

首先介绍了AD590传感器的工作原理、组成和测量方法。

其次介绍了单片机的相关知识及相关软件的应用和C语言编程。

最后利用数码管作温度及电压显示，利用小键盘设定控制温度。

其中主要是设计把实际输出电压导入到单片机中进行分析处理并进行温度控制的测试系统。

本设计的主要步骤：首先熟悉实验和相关的资料选择合适的温度传感器（AD590）；然后对传感器进行标定并根据实验原理把实际的测试系统设计出来；其次温习C语言，利用C语言对单片机编程显示及控制实际温度。

关键词：AD590传感器；单片机；C语言；数据采集；温度控制AbstractThis paper introduces the method of temperature measurement and temperature display and microcomputer-based controlexperiment system design, including the principles of design, program design and use keil software programming and debugging, program downloads, experimental system debugging and data calibration, temperature data acquisition and control aspects.First introduced the AD590 sensor working principle, composition and methods of measurement. Then, we introduce SCM knowledge and related software applications and C language programming. Finally, the digital control for temperature and voltage display, set the temperature control using a small keyboard. Mainly design to the actual output voltage to the microcontroller into the analysis process and temperature control of the test system.The design of the main steps: first become familiar with test and select the appropriate information related to the temperature sensor (AD590); and sensor calibration and the experimental principle to pass the actual test system came out; second study C language, using C programming language on microcomputer display and control the actual temperature.Keywords: AD590 sensor; SCM; C language; data acquisition; temperature control前言单片微型计算机简称为单片机，又称为微控制器，是微型计算机的一个重要分支。

温度传感器论文摘要本论文研究了温度传感器在工业自动化领域中的应用。

首先介绍了温度传感器的原理和分类。

然后详细讨论了温度传感器在自动化控制系统中的作用。

接着探讨了温度传感器的性能指标以及影响温度传感器精度的因素。

最后，通过实验验证了温度传感器的可靠性和精度。

引言温度是一个重要的物理量，在工业生产和实验研究中具有广泛的应用。

温度传感器作为测量温度的主要工具，其在工业自动化领域中起到了至关重要的作用。

本论文旨在研究温度传感器的原理和应用，以及其在自动化控制系统中的作用。

温度传感器的原理和分类温度传感器是一种能够将物理量(温度)转换成电信号的装置。

根据原理的不同，温度传感器可以分为电阻式温度传感器、热电偶和热敏电阻等多种类型。

电阻式温度传感器电阻式温度传感器是利用材料的温度对电阻值产生影响的原理来测量温度的。

常见的电阻式温度传感器有铂电阻温度传感器（PT100）、铜电阻温度传感器（CT100）等。

其中，PT100是一种常用的高精度温度传感器，广泛应用于温度测量领域。

热电偶热电偶是利用两种不同金属的热电效应来测量温度的。

它由两段不同金属的导线组成，两段导线的接触处称为冷端，另一端则称为热端。

当热电偶的热端与被测温度相接触时，产生的温差会在电压表上显示出热电动势，进而推算出温度。

热敏电阻热敏电阻是指在不同温度下电阻值发生变化的电阻。

常见的热敏电阻有二极管热敏电阻和热敏电阻。

热敏电阻的工作原理是基于半导体材料的特性，通过测量电阻值来间接反映温度。

温度传感器在自动化控制系统中的作用温度传感器在自动化控制系统中扮演着非常重要的角色。

它可以实时感知环境温度，并将温度信号转换为电信号输送给控制器。

控制器根据温度传感器的反馈信号来调整系统的工作状态，以达到设定温度的目标。

温度传感器的准确性和稳定性对系统的控制精度至关重要，因此选择合适的温度传感器对系统性能至关重要。

温度传感器的性能指标精度精度是指温度传感器输出值与真实温度之间的误差。

摘要本课题通过实验对不同类型的半导体PN结器件进行正向压降与温度特性的测量，获取实验数据，通过整理、分析、比较、综合实验数据，从中比较各器件灵敏度，线性度的优劣，为温度传感器选择提供依据。

主要分析了不同型号的二极管的温度特性，不同型号的四种温度传感器的探究，各种型号的不同参数在一定的条件下随温度的变化关系，主要测量的传感器有：铂电阻；半导体热敏电阻；PN结； AD590等。

关键词铂电阻；半导体热敏电阻；PN结；（AD590）；温度传感器绪言传统的温度计在测量的过程中，往往有一定的限制性，不容易测量，而且很容易产生误差，测量结果往往不准确。

在有些医疗和工业复杂的环境中，传统的温度计无法完成测量任务。

而温度传感器的出现，对温度的测量带来了一定的便利性和可操作性。

温度传感器是检测温度的器件，被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，其种类多，发展快。

温度传感器一般分为接触式和非接触式两大类。

接触式温度传感器有热电偶、热敏电阻以及铂电阻等，利用其产生的热电动势或电阻随温度变化的特性来测量物体的温度，被广泛用于家用电器、汽车、船舶、控制设备、工业测量、通信设备等．另外，还有一些新开发研制的传感器，例如，有利用半导体PN 结电流/电压特性随温度变化的半导体集成传感器；有利用光纤传播特性随温度变化或半导体透光随温度变化的光纤传感器；有利用弹性表面波及振子的振荡频率随温度变化的传感器；有利用核四重共振的振荡频率随温度变化的NQR传感器；有利用在居里温度附近磁性急剧变化的磁性温度传感器以及利用液晶或涂料颜色随温度变化的传感器等。

非接触方式是通过检测光传感器中红外线来测量物体的温度，有利用半导体吸收光而使电子迁移的量子型与吸收光而引起温度变化的热型传感器．非接触传感器广泛用于接触温度传感器、辐射温度计、报警装置、来客告知器、火灾报警器、自动门、气体分析仪、分光光度计、资源探测等。

本实验将通过测量几种常用的接触式温度传感器的特征物理量随温度的变化，来了解这些温度传感器的工作原理。

传感器在温度测控系统中的应用摘要随着数字技术的发展和计算机日益广泛的应用，单片机技术在各个领域得到了充分的应用。

本设计以AT89C51单片机为设计开发平台，结合DS18B20温度传感器、LCD液晶显示、LED数码管、RS-485远程通信、按键和报警几部分电路，构成了远程温度采集与显示系统。

远程通信采用RS-485串行通讯的标准，通过DS18B20进行现场总线的温度采集，然后将温度数据送入单片机进行数据处理，具有巡检速度快，扩展性好，成本低的特点。

本设计中的温度采集系统充分发挥了AT89C51单片机的特点，结合现有技术，大大降低了电路的设计复杂度，该系统具有温控准确、操控界面良好、稳定性高、抗干扰能力强等优点。

使用RS-485总线，一对双绞线就能实现多站联网，构成分布式系统，设备简单、价格低廉、能进行长距离通信的优点使其得到了广泛的应用。

本系统能够同时检测4路温度，检测温度的范围为-55℃~+125℃。

本设计采用AT89C51八位单片机实现，单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现较简单，安装方便。

基于单片机的温度采集系统广泛应用于采用计算机、自动测试、微电子和自动控制等多项技术，不仅具有信号采集方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标。

关键词：RS-485总线；单片机；温度测量系统AbstractWith the development of digital technology and the increasingly widespread application of computer, microcontroller technology in various fields have been fully applied. The design use AT89C51 microcontroller as development platform,combined with DS18B20 temperature sensor, LCD liquid crystal display, LED digital tube, RS-485 remote communications, alarm buttons, and several parts of the circuit, constitutes a remote temperature measurement and display system. Remote Communication with RS-485 serial communication standard, through the field bus DS18B20 temperature acquisition,then the temperature data into the microcontroller for data processing, with the inspection speed, scalability and low cost characteristics.The design of the temperature acquisition system fully plays the characteristics of the AT89C51 microcontroller, combined with existing technology, greatly reduces the circuit complexity, the system has accurate temperature control, good control interface, high stability, strong anti-interference advantages . Using the RS-485 bus, a pair of twisted pair can achieve multi-station network, the distributed system, simple equipment, low cost, can communicate over long distances to get the advantages of a wide range of applications. The 4-way system can detect temperature, test temperature range is -55 ℃~ +125 ℃. This design uses eight AT89C51 MCU, MCU software programming large degree of freedom can be achieved by programming a variety of arithmetic and logic control algorithm. Small volume and hardware implementation is relatively simple, easy to install.Temperature acquisition system based on microcontroller is widely used by computer, auto test, a number of micro-electronics and automatic control technology, signal acquisition is not only convenient, simple and great advantages of flexibility, but also can greatly improve the technical indicators measured temperature .Key words:RS-485 bus；Single-chip microcomputer；Temperature measurement syste目录摘要 (I)Abstract (III)目录 (III)1 绪论 (1)1.1 课题背景与意义 (1)1.2 课题研究现状 (2)1.3 本课题的研究内容与目标 (3)2 基本方案比较 (4)2.1 设计方案一 (5)2.2 设计方案二 (5)2.3 设计方案三 (6)3 RS-485接口标准 (8)3.1 接口标准的选择 (8)3.2RS-485的应用原则 (10)4 单元模块设计 (12)4.1 温度传感器的选择方案 (12)4.2DS18B20的介绍 (15)4.2.1DS18B20简介 (15)4.2.2DS18B20的特性 (15)4.2.3DS18B20的结构 (16)4.2.4DS18B20在温度测量方面的应用 (18)4.3 电源模块设计 (19)4.3.1 电源的组成 (19)4.3.2 电源设计 (21)4.4 单片机模块 (24)4.4.1AT89C51单片机的介绍 (24)4.4.2AT89C51的主要性能 (24)4.5 温度采集模块 (25)4.6 显示模块 (28)4.7 键盘模块 (31)4.8 报警模块 (32)4.9 远程通信模块 (33)4.10KeilC与Proteus连接调试 (36)4.10.1Proteus简介 (36)4.10.2Proteus与KeilC的连接 (37)5 抗干扰的分析 (40)5.1 抗干扰技术主要体现 (40)5.2 用于单片机系统的干扰抑制元件 (41)5.3 提高总线系统抗干扰能力的主要手段 (42)5.4RS-485系统的常见故障及处理方法 (44)结论 (46)致谢............................................................................... 错误!未定义书签。

本科毕业论文-基于铂电阻温度传感器设计与实现杭州电子科技大学本科毕业设计目录目录目目录录摘要2ABSTRACT3引言4概述521 铂电阻温度测量系统概述522 本设计方案思路523 研发方向和技术关键524 主要技术指标53 总体设计631 温度的检测632 小信号放大733 ADC及温度显示734 其他说明8硬件设计941 恒流源驱动模块94．11 三端可调分流基准源TL4319 412 集成运算放大器LM3241142 信号放大电路12421 集成运算放大器OP071343 AD转换及LCD显示电路14431 ATmega1614432 LCD1602液晶显示器175 软件设计2151 总体方案2152 程序流图2153 模块说明2254 基于OCTAVE的线性化处理236 制作与调试2761 硬件电路的布线与焊接27611 总体特点27612 电路划分27613 焊接2762 调试27杭州电子科技大学本科毕业设计621 理论调试过程27622 实际调试过程287 结论29致谢30参考文献31附录一321杭州电子科技大学本科毕业设计摘要摘要摘摘要要本文主要设计基于铂电阻的温度测量系统环境温度是被广泛测量的物理量热电阻热敏电阻热电偶二极管都可以用来测量温度和控制温度在这些传感器之中铂热电阻温度传感器在精度线性度稳定性方面是最好的现在传感器技术在不断的改进对温度测量也越来越精确要求也越来越高传统的铂主最近出现了适合于工业化生产的廉价的薄膜型或者厚膜型的电阻以在云母板上或者在陶瓷板上缠绕电阻丝的绕线型为铂电阻铂电阻性能极其稳定测温范围宽达-200650℃在高精度温度测量中不可欠缺的温度传感器最近还开发出了测量温度超过1000℃的铂电阻本文是从实际需求如高精度的角度来描述复杂的问题典型地一个数据收集系统就是利用传感器采集被测信号转化为模拟信号然后经过处理成可使用的数字温度测量的主要信号处理过程包括信号的采集信号的放大信号的数字化及显示信号由铂电阻温度传感器检测后传送到相应的放大电路放大电路采用集成运算放大器利用 Atmega16自带的10位ADC 转换器并将数据显示在LCD1602液晶屏上Atmega16单片机的程序使用ICCAVR编译器进行设计和调试完成该温度测量系统实现了对温度的高精度测量并能高分辨率显示在液晶屏上可以作为手持式温度测量工具关键词温度传感器铂电阻Atmega162杭州电子科技大学本科毕业设计ABSTRACTABSTRACTAABBSSTTRRAACCTTThe main aim of this thesis is to design and realize temperature measurementsystem based on the platinum resistor The most widely measured phenomena in theprocess control environment is temperature Common elements such as ResistanceTemperature Detectors thermistors thermocouples or diodes are used to sense absolutetemperatures as well as changes in temperature Of these technologies the platinumRTD temperature sensing element is the most accurate linear and stable over time andtemperature The temperature sensing technologies are constantly improving furtherenhancing the quality of the temperature measurement The traditional platinumrecently emerged suitable for industrial production of cheap thin or thick film typeresistance on mica plates or in the ceramic plate winding resistance wire around the linefor platinum resistance Platinum resistance performance stable temperature range iswide - 200 650 degrees in high precision temperature measurement of thetemperature sensorAlso recently developed measuring temperature over 1000 degreesof platinum resistance This note is written from the perspective ofcatering to thecomplexissuesofthesensingenvironment andrequired accuracyTypically a data acquisition system conditions the analog signal from the sensormaking the analog translation of signal usable in the digital domain The primary signalprocessing temperature measurement process includes signal collection signalamplifier signal digital and display The temperature signal was sensed by platinumresistorthen amplified by operator amplifiersAs theAtmega16 MCUhas a10bitADCso can use it to digital the amplified signal and then use it control the LCD1602 displayscreen to display the actual temperature The program of Atmega16 is designed inICCAVR and debugged using ICCAVR compiler This temperature measurementsystem accurately measure temperature and display in high resolution so it is well as ahand-heldtemperaturemeasuring toolKeywordsKeywordsKKeeyywwoorrddss temperaturesensor platinumresistor Atmega163杭州电子科技大学本科毕业设计引言引言引引言言环境温度是被广泛测量的物理量热电阻热敏电阻热电偶二极管都可以用来测量温度和控制温度温度与我们的日常生活息息相关如人体的体温正常是37摄氏度炎热夏天的气温达到30摄氏度开水至少要达到100摄氏度才能饮用还有如今的大盆种植等等这些都用到温度这个概念温度是表征物体冷热程度的物理量它和湿度力速度一样需要将它们转化为具体的数才能让人们接受可以利用物体随温度变化的某些特性如电压电流等电信号而这桥梁就是传感器现在常用的温度传感器有热电偶电阻温度探测器热敏电阻以及高科技集成传感器每种传感器都有它所满足的特定温度范围和环境条件传感器的温度范围强度和灵敏度只是其中一部分特性都是用来描述该装置是否满足应用的要求不可能有某种温度传感器满足所有应用要求热电偶的温度测量范围大电阻温度探测器的线性度很好热敏电阻的精度高通常情况下随着温度的升高金属的电阻具有正的温度系数其大小约为3000-7000ppm℃因此通过测量金属电阻值的变化可以测量出其对应的温度适合制作测温电阻器的金属材料有铂铜镍等其中铂具有以下特性1 熔点高达1768℃无论化学性质还是电学性质都非常稳定2 富有延展性容易加工成极细的金属丝3 电阻-温度特性呈良好的线形以上优点是制作温度传感器最合适的材料在众多金属中铂的纯度可以高达99999以上纯度越高电阻值-温度特性越稳定电阻的温度系数越大用铂制作成的测温电阻器叫做铂电阻铂电阻是用高纯度的铂丝制作的温度传感器通常便用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω电阻变化率为03851Ω℃铂电阻温度传感器精度高稳定性好应用温度范围广是中低温区-200～650℃最常用的一种温度检测器不仅广泛应用于工业测温而且补制成各种标准温度计供计量和校准使用4杭州电子科技大学本科毕业设计概述概述概概述述21 铂电阻温度测量系统概述21 铂电阻温度测量系统概述2211 铂铂电电阻阻温温度度测测量量系系统统概概述述铂电阻温度测量系统的工作原理是采用铂电阻作为采集温度的桥梁然后经过信号调理输出温度值该系统一般包括信号采集部分信号调理部分AD转化部分和显示部分如图2-1所示铂电阻温度传感器把外界的温度信号通过其本身的阻值体现出来并通过合适驱动电路采集到微弱的电压信号此毫伏级的电压信号放大到伏级的电压信号然后经过AD转换最后显示出来图2-1 铂电阻温度测量系统原理框图22 本设计方案思路22 本设计方案思路2222 本本设设计计方方案案思思路路本设计以实现信号的良好检测和数据转换显示为主要目的以信号检测信号转换和数据显示为主要设计内容在信号检测方面设计铂电阻驱动电路和微弱信号放大电路在信号转换和数据显示方面利用MCU强大的处理能力23 研发方向和技术关键23 研发方向和技术关键2233 研研发发方方向向和和技技术术关关键键1合理设计铂电阻的驱动电路提高系统的精度2微弱信号的放大和滤波3AD转换4与微机进行数据传输方便显示扩展24 主要技术指标24 主要技术指标2244 主主要要技技术术指指标标1精度012线形度023重复性良好4显示可靠的分辨率5杭州电子科技大学本科毕业设计 3 总体设计3 总体设计33 总总体体设设计计铂的物理化学性能非常稳定它具有以下特性1 熔点高达1768℃无论化学性质还是电学性质都非常稳定2 富有延展性容易加工成极细的金属丝3 电阻-温度特性呈良好的线形铂是目前制造热电阻的最好材料公式1RTD T ≈ RTD 1T×α其中RTD T表示温度为T时铂电阻的阻值RTD0为0℃时铂电阻的阻值T是测量温度a 000385Ω℃利用公式1很容易计算-100℃到200℃之间温度所对应铂电阻的阻值误差≤31℃如果要求更高的精度和更宽的测量范围可使用公式22 3 其中RTD T 表示温度为T 时铂电阻RTD T RTD 1 AT BT CT T1003的阻值根据ITS-90标准值RTD0 100ΩA 39083ⅹ10 ℃B -5775ⅹ7 2 12 410 ℃ C -4183ⅹ10 ℃ T 0℃C 0T≥0℃本设计利用铂电阻的阻值与温度的关系通过恒流源驱动铂电阻得到微弱的信号通常是毫伏级的此信号与铂电阻成线性关系在将此微弱信号通过由三运放构成经典的仪用放大器放大100倍到伏级的才能被ADC接受如图3-1所示图3-1 铂电阻温度测量系统总体框图31 温度的检测31 温度的检测3311 温温度度的的检检测测通常情况下随着温度的升高金属的电阻具有正的温度系数其大小约为3000-7000ppm℃因此通过测量金属电阻值的变化可以测量出其对应的温度适合制作测温电阻器的金属材料有铂铜镍等铂电阻是最合适做温度测量元件要通过铂电阻采集温度信号驱动电路是少不了的驱动电路就是将传感器的输出信号转化为处理起来相对比较方便的电信号像热电偶那样本身就会产生电压的传感器自然不存在问题然而这类传感器非常少多数传感器都是需要一个驱动电路的通常的驱动电路有恒电压驱动电路恒电流驱动电路其中恒电压驱动电路结构比较简单通常是一个电桥电路铂电阻是其中的一个桥臂所谓恒电压就是在电桥两端加一个稳定的电压通常是用稳压二极管集成稳压芯片其中恒电流驱动电路相对比较复杂因为所需恒电流要精心设计产生恒电流的电路五花八门通常是利用集成运算放大器结合稳压电压电路不管用何种方法产生恒定电流通过铂电阻的电流要控制在15毫安以内因为电阻本身是会发热的如果给的电流过大那么铂电阻自身发热引起的误差将不可6杭州电子科技大学本科毕业设计忽视比较这两种电路恒电流驱动更适合高精度场合流过铂电阻是恒电流的话那么铂电阻两端的电压与电阻就成线性关系而恒电压的桥式电路除了铂电阻本身的非线性误差外输出电压与电阻变化也存在非线性这是恒电压工电路的固有误差从而使整个电路的系统误差变大因此本系统采用恒流源采样基本思想如图3-2所示图3-2 恒流源采样32 小信号放大32 小信号放大3322 小小信信号号放放大大传感器在驱动电路的驱动下输出的电压充其量也不过数十毫伏的大小一般的AD转换器都是要伏级的电压所以这数十毫伏的电压是没法用的需要将这微弱的信号放大到伏的数量级通常这种放大是靠运算放大器来完成的对微弱信号进行放大应选用高输入阻抗低失调低温漂的高精度运放运放种类很多有通用型运放它的直流性能较好应用范围广价格低廉品种最多高速型运放它的转换速率快过渡时间短微功耗型运放在低电压低电流下仍有较高的放大倍数低漂移型运放具有自动调零且温漂较低高精度型运放开环增益大输入失调电压小输入失调电流和偏置电流小温漂小以及等效输入噪声小大功率型运放工作电流可达200mA甚至几A以上对微弱信号放大应选用高输入阻抗低失调低温漂的高精度运放本系统采用三运放形式组成一个仪用放大器将微弱的信号放大100倍33 ADC及温度显示33 ADC及温度显示3333 AADDCC及及温温度度显显示示温度信号采集放大后要转化为实际的温度值并用常用十进制显示出来才是最终目的这就要用到AD转换器在AD转换器中最令人关心的是AD转换器的位数这关系到所测温度的分辨率虽然分辨率对实际精度没有影响但还是有所联系的比如DS18B20精度为05℃测量范围-55℃～125℃则允许绝对误差±05 [125--55] ±09℃对于这样的精度如果分辨率整数那它显示的精度就没09℃了这就影响了精度实际上没有影响为了确保DS18B20的精度那么分辨率就要保留到小数点后至少一位现在的单片机发展的很快有些单片机自带了如ADC等功能其中Atmega16就自带了将近10位的AD功能在加上它强大的处理能力驱动能力因此本系统采用Atmega16的ADC且用它驱动液晶显示屏7杭州电子科技大学本科毕业设计34 其他说明34 其他说明3344 其其他他说说明明系统分为硬件部分和软件部分本论文主要设计制作硬件部分以及与单片机Atmega16程序硬件运放ADC等所需的电源并没有包过用两节蓄电池代替软件部分包括AD转换和显示程序8杭州电子科技大学本科毕业设计硬件设计硬件设计硬硬件件设设计计41 恒流源驱动模块41 恒流源驱动模块4411 恒恒流流源源驱驱动动模模块块通常对于铂电阻随着温度的升高电阻的阻值会上升正是利用这一点采集温度但当电流流过铂电阻时铂电阻本身会发热这不是外界温度的一部分所以必须控制流过铂电阻的电流如图4-1所示通过TL431恒压249伏通过LM324组成的电压跟随器通过一个2K的电阻得到125mA 的恒定电流这里用两个恒流源是让铂电阻在0℃时输出的压差为零78脚输出电压就是采集到的微弱的电压信号图4-1 恒流源采样模块4．11 三端可调分流基准源TL4314．11 三端可调分流基准源TL43144．．1111 三三端端可可调调分分流流基基准准源源TTLL443311基准电压源是DA和AD转换精度的决定要素TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源其等效内部电路符号和等效电路如图 4-2所示由图可以看到Vref是一个内部的25V基准源其实参考电压的出厂典型值为2495V最小为2440最大为2550接在运放的反相输入端由运放的特性知REF端同相端的电压相对阳极为25V且具有虚段特性9杭州电子科技大学本科毕业设计图4-2 TL431电路符号等效电路及内部结构它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置从 Vref25V到36V范围内的任何值该器件的典型动态阻抗为02欧在很多应用中可以用它代替齐纳二级管例如数字电压表运放电路可调压电源开关电源等25V到36V恒压电路和25V应用如图4-3所示R1 R2时输出电压即为25V需要注意的是当TL431 阴极对地与电容并联时电容不要在001到3uf之间否则会在某个区域产生振荡图4-3TL431常用电路恒流源是电路中广泛使用的一个组件基于TL431的恒流源电路如图4-4所示两个个电路分别输出和吸入恒定电流通过REF引脚的虚段特性很容易分析其中的三极管替换为场效应管要比普通镜像恒流源或恒流二极管好得多因而在应用中无需附加温度补偿电路10杭州电子科技大学本科毕业设计图4-4 基于TL431的恒流源电路但本设计并为采用此电路来产生恒电流而用到它的稳压效果再结合运放产生恒流源如图4-5所示本设计实测输出为251VVCC为9V典型值为2495V最小为2440最大为2550图4-5 TL431常用电路412 集成运算放大器LM324412 集成运算放大器LM324441122 集集成成运运算算放放大大器器LLMM332244集成运算放大器是实现高增益放大功能的一种集成器件早期主要用来实现对模拟量进行数学运算的功能目前随着器件性能的改进它已成为通用的增益器件应用范围非常广泛从电特性来看集成运放接近理想的电压放大器件它不仅有很大的输入电阻和很小的输出电阻而且还有很高的电压增益此外静态工作时它的输入和输出电位均为零这样在与其它集成运放连接时就不需要考虑它们之间的电平配置问题LM324 是四通道的低功耗运算放大器它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器除电源共用外四组运放相互独立其性能参数有以下几个方面1单电源工作方式工作电平3V～ 30V2低消耗电流约08 mA3低输入偏移输入电压偏移3 mvTyp输入电流偏移2 nATyp4开环增益100Vmv ＝ 100 dBTyp5宽响应频带11杭州电子科技大学本科毕业设计图4-6 LM324内部结构本设计主要用到LM324来做跟随器本来可以用LM358两运放代替但购买时没考虑周全好在用LM324价格低廉用来做电压跟随器也是绰绰有余42 信号放大电路42 信号放大电路4422 信信号号放放大大电电路路仪表放大器又称数据放大器测量放大器仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元理想的仪表放大器仅检测两输入端的电压差所以任何共模信号即对两个输入端有相同电位例如噪声和地线中的电压降都在输入级被抑制而不进行放大大多数情况下仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高典型值≥Ω其输入偏置电流也应很低典型值为1nA至 50nA与运算放大器一样其输出阻抗很低在低频段通常仅有几毫欧mΩ仪表放大器是一种放大两输入信号电压之差而抑制对两输入端共模的任何信号的器件因此仪表放大器在从传感器和其它信号源提取微弱信号时提供非常重要的功能共模抑制CMR是指抵消任何共模信号两输入端电位相同同时放大差模信号两输入端的电位差的特性这是仪表放大器所提供的最重要的功能DC和交流ACCMR 两者都是仪表放大器的重要技术指标使用现代任何质量合格的仪表放大器都能将由于 DC 共模电压即出现在两输入端的DC电压产生的任何误差减小到 80dB至120dB而仪表放大器提供的最大优点是选择性地放大差分信号同时抑制共模信号一个仪表放大器可以是用一个或多个运算放大器及一些电阻器构成的分立式结构也可以设计成单片式结构两种方法各有优缺点通常分立式结构仪表放大器可以低成本提供设计灵活性并且有时能提供单片式结构无法达到的性能例如甚高频带相反单片式结构提供了完整的仪表放大器功能完全达到规定的技术指标并且通常出厂时经过微调通常其 DC 精度高于分立式结构单片式仪表放大器还具有尺寸非常小成本低并且简单易用的优势如图 4-7是本设计由三个独立运放OP07构成的标准仪表放大器12杭州电子科技大学本科毕业设计图4-7 仪表放大电路三运放仪表放大器的运算放大器像运算放大器电路一样仪表放大器的输入缓冲放大器以单位增益通过共模信号相反两个缓冲器放大信号电压来自两个缓冲器的输出信号连接到该仪表放大器的减法器单元在这里通常以低增益或单位增益放大差分信号而衰减共模电压由于仪表放大器的减法器单元的作用仪表放大器抑制了共模电压图中令R14 R18 2KR12 R19 R13 R20 100KR15是一个1K的可变电阻则此仪表放大器的放大倍数就从最小5倍开始可调解421 集成运算放大器OP07421 集成运算放大器OP07442211 集集成成运运算算放放大大器器OOPP0077OP07芯片是一种低噪声非斩波稳零的单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300VmV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特点如下1 超低偏移 150μV最大2 输入偏置电流 18nA3 低失调电压漂移 05μV℃4 超稳定时间 2μVmonth最大高电源电压范围±3V至±22V13杭州电子科技大学本科毕业设计OP07是个通用型的运算放大器性价比相对比较高但是要注意的是OP07是用双电源供电的单电源工作不正常本设计用的型号是OP07CP最初用9V单电源时没设置好偏置电压参考电压导致输出不正常总在6到7伏后来用±9V双电源供电输出就是所需的放大后的电压43 AD转换及LCD显示电路温度信号采集放大后要转化为实际的温度值并用常用十进制显示出来才是最终目的这就要用到AD转换器在AD转换器中最令人关心的是AD转换器的位数这关系到所测温度的分辨率虽然分辨率对实际精度没有影响但还是有所联系的比如DS18B20精度为05℃测量范围-55℃～125℃则允许绝对误差±05 [125--55] ±09℃对于这样的精度如果分辨率整数那它显示的精度就没09℃了这就影响了精度实际上没有影响为了确保DS18B20的精度那么分辨率就要保留到小数点后至少一位本设计所测量的温度范围为0℃～200℃铂电阻的阻值变化范围为100Ω～17586ΩΔΩ 0～7586Ω设计恒流源实测为251V2K 1255ma则ΔV 0～962043mV通过仪表放大器放大50倍后为0～4760215mv如果取参考电压47VAD转换精度为10位则分辨率为471024 0005V这样的分辨率对于量程为0～200℃精度为001即绝对误差±001200℃ 02℃足够了现在的单片机的处理能力达到MIPS而且广泛用于控制本系统用到8位AVR 微处理器ATmega16它有一个10位的逐次逼近型ADC包过一个8通道的模拟开关一个采样保持比较器一个转换逻辑和4个控制状态寄存器ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接能对来至端口A的8路但输入电压进行采样单端输入以0VGND为基准器件还支持16 路差分电压输入组合两路差分输入 ADC1ADC0 与ADC3ADC2 有可编程增益级在AD 转换前给差分输入电压提供0dB 1x20dB 10x 或46dB 200x 的放大级七路差分模拟输入通道共享一个通用负端ADC1 而其他任何ADC 输入可作为正输入端如果使用1x 或10x 增益可得到8 位分辨率如果使用200x 增益可得到7位分辨率本系统用到单端输入的一端进行采样所以其转换精度可达到10位显示采用16×2的液显示器LCD1602它可与ATmega16直接相连不需要外加译码器或锁存器等数字芯片它有4线制接法和8线制接法由于我的端口比较充裕所以用8线制接法外加3个控制端共需13个IO口431 ATmega16431 ATmega16443311 AATTmmeeggaa1166产品特性高性能低功耗的 8 位AVR 微处理器先进的RISC 结构– 131 条指令–大多数指令执行时间为单个时钟周期– 32个8 位通用工作寄存器–全静态工作–工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS–只需两个时钟周期的硬件乘法器非易失性程序和数据存储器14杭州电子科技大学本科毕业设计– 16K 字节的系统内可编程Flash擦写寿命 10000 次–具有独立锁定位的可选Boot 代码区通过片上Boot 程序实现系统内编程真正的同时读写操作– 512 字节的EEPROM擦写寿命 100000 次– 1K字节的片内SRAM–可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密JTAG 接口与IEEE 11491 标准兼容–符合JTAG 标准的边界扫描功能–支持扩展的片内调试功能–通过JTAG 接口实现对FlashEEPROM熔丝位和锁定位的编程外设特点–两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器计数器–一个具有预分频器比较功能和捕捉功能的16 位定时器计数器–具有独立振荡器的实时计数器RTC–四通道PWM– 8路10 位ADC8个单端通道TQFP 封装的7个差分通道2个具有可编程增益1x 10x 或200x的差分通道–面向字节的两线接口–两个可编程的串行USART–可工作于主机从机模式的SPI 串行接口–具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器–片内模拟比较器特殊的处理器特点–上电复位以及可编程的掉电检测–片内经过标定的RC 振荡器–片内片外中断源– 6种睡眠模式空闲模式ADC 噪声抑制模式省电模式掉电模式Standby 模式以及扩展的Standby 模式IO 和封装– 32个可编程的IO 口。