AT89C51单片机基于PT100的温度测量系统设计(3)

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公式：Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t-100)t3)

在公式中，A、 B、C 都是常数，

A=3.96847×10-3；

B=-5.847×10-7；

C=-4.22×10-12；

因为该电阻的线性度较高，所以如果测量范围很小时，它的温度与电阻的关系可用下式表示：R=Ro(1+αT)

具体的，α等于0.00392, Ro=100Ω(0℃环境下的电阻值),T表示华氏温度，所以由铂生产得到的电阻式温度传感器叫做PT100。

PT100的技术指标：第一，可测零下200到650摄氏度之间温度；第二，测量精度在0.1℃；第三，它的稳定性为0.1℃

Pt100测量温度的本质为：测得温度传感器电阻，然后把电阻改变调整为模拟信号，比如电流信号与电压信号，接下来把模拟信号调整为数字信号，单片机再将其转变为温度信息。

3.2 信号调理电路论文网

系统中设计了调理电路，它可以把传感器信号转变为前向通道内A/D转换器可以识别的信号，因为系统选取的温度传感器为热电阻PT100，所以调理电路的作用就是把电阻信号进行处理，得到电压信号，进而被A/D转换器识别获取。

3.3 恒流源电路

根据PT100传感器原理，可以设置两种PT100的信号获取电路，首先是应用较多的电桥电路，由于设计分析了成本因素，所以通常应用单臂桥；其次是恒流源电路，恒流源与温度传感器两端，测得的传感器电压就是温度的调整情况。可用图3-1表示上面介绍的2种电路结构。

图3-1 信号获取电路结构比较

由测试技术的内容可以发现，在3-1的图中，电路电阻与输出不存在正比联系，所以数据处理过程相对复杂，特别是利用单片机处理非线性问题时将变得更加复杂；图中电路受恒流源的影响，电阻与电压输出间的线性关系较为明显，所以，选择恒流源电路来采集温度信号。

3.4 放大电路的设计

图3-2 恒流源测温电路

测温原理：利用运放U1A把基准电压4.096V转变成恒流源，此时电流经过Pt100就会出现压降现象，然后再利用运放U1B把这个微弱压降信号作放大处理，这就是所需电压信号，AD转换器可以和该信号直接连接。根据虚地概念“如果运放的运行线性范围一样，那么输入电位与输出电位一样”，运放U1A的“+”端和“-”端电位V+＝V-＝4.096V；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，由于V-与R1都固定，所以图3-2虚线框中的电路与恒流源流经PT100电阻时的电路一样，电流都是V- /R1，流经Pt100的压降仅仅与其电阻大小存在关系。电路中R1=R10+R11=3300欧。文献综述

3.5 A/D转换器的选择与设计电路

一般的，测量的物理量均具有连续变化的特点，这时就可以利用计算机预先处理信号，信号会转变为数字量，A/D转换器的作用即把此类连续变化物理量转变为计算机可以识别的数字量。如果按照A/D转换器的运行思想，那么可以将A/D转换器分成2种，分别是逐次逼近式与双击分式A/D转换器，下面将详细介绍。

3.5.1 双积分A/D转换器工作原理

在双积分A/D转换器中，应用的主要方法为间接测量方法，被测电压将会转变为时间常数T，它由多个结构部件组成，包括控制逻辑、计数器、比较器以及积分器等。

顾名思义，双积分中的一次A/D转换必须经过两次积分才可以实现。首先，本电路将会对被测的输入电压Vx做固定时间(T0)的正向积分处理，接下来，控制积分器的输入端，利用电子开关施加参考电压Vr，因为输入电压和参考电压反向相反，同时参考电压值固定，因此反向积分具有不变的斜率，自开始反向积分到结束过程中，反向积分处理参考电压的时间T和输入电压之间呈正比关系。换而言之，反向积分大时，输入电压也很大，如果根据高频标准脉冲计数来测量具体时间，那么就能够获取与输入电压相对应的数字量。这样一来，电源噪声与干扰将会被除去，这时也会获取较大的转换精度，其缺点是转换速度不足。