1．4 Pt100測(cè)溫電路

系統(tǒng)的測(cè)溫模塊由兩個(gè)1 kΩ電阻，一個(gè)電位器和Pt100組成橋式測(cè)溫電路。橋式測(cè)溫原理如圖5所示。

電橋的輸入電壓通過(guò)TL431穩(wěn)壓至2．5 V，經(jīng)過(guò)測(cè)量得到電橋?qū)嶋H輸入電壓為2．49 V。電橋的4個(gè)橋臂中的一個(gè)橋臂采用電位器，因?yàn)橥ㄟ^(guò)調(diào)解電位器可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號(hào)大小，設(shè)計(jì)中用此電位器來(lái)調(diào)整零點(diǎn)。

Pt100數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦使用LM358芯片放大差分信號(hào)，由于LM1117提供給運(yùn)放的電壓只有3．3 V，供電電壓過(guò)低會(huì)導(dǎo)致運(yùn)放工作不正常，電壓放大倍數(shù)和理論計(jì)算的放大倍數(shù)誤差很大，這樣直接導(dǎo)致放大倍數(shù)不穩(wěn)定，影響測(cè)溫精確度。經(jīng)過(guò)比較選擇發(fā)現(xiàn)INA126精密儀器儀放大器，具有高精度，低噪聲差分信號(hào)采集的優(yōu)點(diǎn)，它的兩個(gè)運(yùn)放設(shè)計(jì)提供卓越性能具有非常低的靜態(tài)電流(175 mA／chan)，結(jié)合寬工作電壓范圍±1．35～±18 V的，使其成為高性能的運(yùn)算放大器。所以改用INA126作為運(yùn)算放大器，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)放大倍數(shù)穩(wěn)定。系統(tǒng)中放大倍數(shù)約等于6．27倍。由于INA126需要雙電源供電，所以使用ICL7660進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，這樣可以輕松得到負(fù)電壓對(duì)INA126進(jìn)行雙電源供電。通過(guò)INA126對(duì)電橋信號(hào)進(jìn)行差分放大。橋式差分放大電路圖如圖6所示。

對(duì)電位器R6進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整可以得到U_=50．012 mV。INA126對(duì)U+和U_進(jìn)行差分放大，放大后電壓U0=F×(U+-U_)，F(xiàn)是電壓放大倍數(shù)，經(jīng)過(guò)測(cè)量得到F=6．27。所以

這樣得到Pt100的電阻值與經(jīng)過(guò)INA126放大后的電壓關(guān)系，把U0送入A／D，通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)算出Pt100的電阻值，然后查表，查到的電阻值與表中的相近時(shí)，得出此時(shí)的溫度值，然后送出數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件包括溫度采集部分、A／D轉(zhuǎn)換模塊，接收結(jié)果處理顯示部分。整個(gè)程序采用C語(yǔ)言編寫，采用模塊化程序設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)采用Pt100模擬溫度傳感器采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)通電后，Pt100由于溫度變化，引起電阻發(fā)生變化，進(jìn)而橋式測(cè)溫電路的電壓值發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)差分放大、A／D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。單片機(jī)始終等待A／D轉(zhuǎn)換值的到來(lái)，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)只需要測(cè)量溫度，所以沒有采樣周期，讀取A／D值的程序放入無(wú)限循環(huán)中。在設(shè)計(jì)中，由于Pt100的電阻值和溫度不成線性關(guān)系，所以設(shè)計(jì)用Matlab擬合函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)電阻值一溫度對(duì)應(yīng)表格，查表得到溫度值。程序開始后，先對(duì)液晶屏、A／D進(jìn)行初始化處理，然后確定液晶屏在空閑狀態(tài)，調(diào)用液晶寫地址指令函數(shù)，使液晶屏分兩行顯示，接著調(diào)用液晶寫數(shù)據(jù)函數(shù)在第1行寫入溫度計(jì)的英文Thermometer，第2行寫入查表得到的溫度值。

A／D模塊，首先對(duì)A／D初始化，然后把A／D的CS管腳、時(shí)鐘脈沖CLK拉至高電平，接著把CS拉至低電平開始采樣。在寫程序的時(shí)候要注意先發(fā)送給A／D兩個(gè)下降沿脈沖，然后才開始采樣數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)證明，如果直接進(jìn)行采樣，會(huì)導(dǎo)致采樣數(shù)據(jù)誤差很大。采樣完成后給CS管腳拉至高電平，停止采樣，返回?cái)?shù)值。接著進(jìn)行下一組數(shù)據(jù)的采樣。主程序流程圖如圖7所示。

3 系統(tǒng)測(cè)試

液晶模塊的硬件電路接好后，接通電源，調(diào)節(jié)與LCD連接的電位器，使液晶顯示亮度適中，顯示結(jié)果與預(yù)期結(jié)果相同，液晶模塊測(cè)試正常。開啟電源，Pt100開始測(cè)溫，利用水銀溫度計(jì)做參考，計(jì)算Pt100溫度測(cè)量誤差。Pt100溫度測(cè)量結(jié)果如表1所示。

由于設(shè)計(jì)的溫度計(jì)精度只有1℃，所以小數(shù)點(diǎn)后的溫度值都為0，經(jīng)過(guò)測(cè)試計(jì)算，溫度測(cè)量的平均誤差為2．5％。

4 結(jié)束語(yǔ)

在程序模塊，開始沒有利用查表法，直接用公式進(jìn)行計(jì)算，誤差較大。經(jīng)過(guò)不斷地修改，發(fā)現(xiàn)查表法很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，在系統(tǒng)的大范圍測(cè)溫中，這個(gè)誤差在高溫環(huán)境下影響不大。系統(tǒng)可以用于高溫環(huán)境中，測(cè)溫準(zhǔn)確、操作方便、成本低廉，有較高的實(shí)用性。還可以經(jīng)過(guò)改善做成無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)，成為遠(yuǎn)距離測(cè)溫控制系統(tǒng)。