Pt100測溫電路 - 高溫溫度計實(shí)現(xiàn)方案

1.4 Pt100測溫電路

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

　　電橋的輸入電壓通過TL431穩(wěn)壓至2.5 V，經(jīng)過測量得到電橋?qū)嶋H輸入電壓為2.49 V。電橋的4個橋臂中的一個橋臂采用電位器，因?yàn)橥ㄟ^調(diào)解電位器可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號大小，設(shè)計中用此電位器來調(diào)整零點(diǎn)。

　　Pt100數(shù)據(jù)手冊推薦使用LM358芯片放大差分信號，由于LM1117提供給運(yùn)放的電壓只有3.3 V，供電電壓過低會導(dǎo)致運(yùn)放工作不正常，電壓放大倍數(shù)和理論計算的放大倍數(shù)誤差很大，這樣直接導(dǎo)致放大倍數(shù)不穩(wěn)定，影響測溫精確度。經(jīng)過比較選擇發(fā)現(xiàn)INA126精密儀器儀放大器，具有高精度，低噪聲差分信號采集的優(yōu)點(diǎn)，它的兩個運(yùn)放設(shè)計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)過測試發(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INA126進(jìn)行雙電源供電。通過INA126對電橋信號進(jìn)行差分放大。橋式差分放大電路圖如圖6所示。

　　對電位器R6進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整可以得到U_=50.012 mV。INA126對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)過測量得到F=6.27。所以

　　這樣得到Pt100的電阻值與經(jīng)過INA126放大后的電壓關(guān)系，把U0送入A/D，通過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，得出此時的溫度值，然后送出數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示。

　　2 軟件設(shè)計

　　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。整個程序采用C語言編寫，采用模塊化程序設(shè)計。

　　設(shè)計采用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)而橋式測溫電路的電壓值發(fā)生變化，經(jīng)過差分放大、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，因?yàn)楸驹O(shè)計只需要測量溫度，所以沒有采樣周期，讀取A/D值的程序放入無限循環(huán)中。在設(shè)計中，由于Pt100的電阻值和溫度不成線性關(guān)系，所以設(shè)計用Matlab擬合函數(shù)創(chuàng)建一個電阻值一溫度對應(yīng)表格，查表得到溫度值。程序開始后，先對液晶屏、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行寫入溫度計的英文Thermometer，第2行寫入查表得到的溫度值。

　　A/D模塊，首先對A/D初始化，然后把A/D的CS管腳、時鐘脈沖CLK拉至高電平，接著把CS拉至低電平開始采樣。在寫程序的時候要注意先發(fā)送給A/D兩個下降沿脈沖，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，返回數(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，液晶模塊測試正常。開啟電源，Pt100開始測溫，利用水銀溫度計做參考，計算Pt100溫度測量誤差。Pt100溫度測量結(jié)果如表1所示。