基于PT100的温度监控系统设计

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摘　要：针对铂电阻PT100在测量温度时非平衡电桥的非线性误差和高温报警上限不可调的问题，提出了一种新型的温度监控系统。该系统以单片机STC89C52作为温度监控的核心，PT100采集温度，外加恒流源，经过放大、A/D转换，送给单片机进行处理，由1602液晶显示，超温发出报警，用无线遥控调节超温报警的上限。该监控系统很好的解决了精度低，高温报警上限不可调的问题。实验结果表明，该系统设计方案是可行的。

关键词：PT100　超温报警　无线遥控

中图分类号：TP212

文献标识码：A

文章编号：1007-3973（2012）008-056-02

1 引言

温度是作为被测量与控制的重要参数之一，很多的生产过程都是在特定的温度范围内进行的，这就需要控制与测量温度。铂电阻是一种常用的测温元件之一，具有测温范围广，准确度高，可靠性好等优点。本文选用PT100铂电阻，设计了系统的软硬件，为温度监控提供了一种新的思路。该系统提高了监控温度的精度，可以根据实际需要调节高温报警的上限。

2 基本工作原理

PT100铂电阻的阻值随着温度的变化而变化，利用此特点来采集温度信号，外加恒流源将采集的信号转换成电压，再经过放大和A/D转换，送给单片机进行处理，由液晶显示被测温度，如果超温则发出报警，另外通过无线遥控模块调节超温报警上限。

3 硬件设计

完善的硬件设计是系统正常工作的基础，基于pt100的温度监控系统，硬件主要由以下四个模块构成，单片机STC89C52、测温模块、显示模块、无线遥控模块和超温报警模块。系统硬件框图如图1所示。

3.1 测温模块

该测温模块主要是采集温度信息，送给单片机进行处理。测温模块的结构如图2所示，主要包括恒流源、PT100的四线式接法，放大电路和A/D转换。

(1)铂电阻。

铂电阻PT100测温时, 一般采用的方法是二线制或三线制接法。二线制和三线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。由于连接导线的电阻和接触电阻会对PT100测温的精度产生较大影响，故本系统采用PT100的四线式接法，没有电桥，完全只是用恒流源发送，电压计测量，最后给出电阻值，提高了测量精度。

(2)恒流源。

恒流源电路选取芯片运算放大器OP07，它和5个电阻搭建组成恒流源电路，输出恒定的工作电流。

(3)放大电路。

Pt100铂电阻一端输出的电压很小，如果直接和A/D相连，则转换数据的偏差较大，所以本设计将铂电阻一端输出的电压与放大电路相连，将电压放大之后再和A/D相连，这样就能得到较好的转换效果，该放大电路是基于芯片LM348设计的。

(4)A/D转换。

我们所测的信号是连续变化的物理量，通过A/D转换将连续变化的模拟量转换为计算机能接受的数字量，此处考虑到精度要求，采用了12位AD转换芯片TLC2543芯片。

3.2 超温报警

超温报警，采用电磁式蜂鸣器，它由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。如果测量温度超过规定的温度，蜂鸣器发出报警声，同时LED闪烁并且液晶显示超温提醒。

3.3 无线接收发射电路

遥控器的遥控功能实现，是以电磁波或红外线为数据传输介质，实现指令的传送功能。遥控器发送的数据经过加密编码，调制，载波输出信号。接受模块，则进行相反的操作，提取出遥控器发射过来的命令，再由单片机执行相应的命令，调节超温报警的上限。发射和接收集成电路由芯片PT2262-IR/PT2272-M4组成。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作。

4 软件设计

本系统软件设计主要分为两部分：铂电阻分度表的线性化处理软件设计和显示模块软件设计。前者采用Matlab软件计算，后两者采用C语言编写。

4.1 铂电阻分度表的线性化处理软件设计

利用Matablede的计算能力进行铂电阻分度表的线性化处理，将测量范围-40℃—120℃分三段线性回归处理，用的方法是最小二乘法，通过计算可得：

(1)当84.27欧

(2)当100欧

(3)当119.40欧

4.2 显示模块软件设计

显示模块主要是显示测得温度，判断是否超温，当超温的时候，蜂鸣器发出报警，LED闪烁且液晶显示超温提醒；当需要修改报警上限的时候，通过无线接收模块的按键进行加减。软件流程如图3所示。

5 系统调试

完成了系统的硬件和软件设计，然后对其进行联合调试，系统正常运行，但仍需进一步完善，其中有两个需要注意的问题：(1)PT100的工作电流问题。本系统选用的PT100的最大工作电流为0.3mA，如果流过铂电阻的电流超过这个数值，铂电阻本身会发热，影响测量温度的准确性，误差可能越来越大；(2)负载电阻如果用电阻串并联或者寻找近似电阻得到的，先逆向算出对应的温度，再用万用表调试，否则将影响测量结果，产生不必要的误差。

6 结束语

针对铂电阻PT100在测量温度时非平衡电桥的非线性误差和高温报警上限不可调的问题，设计了一种新型的温度监控系统，分别介绍了硬件和软件设计的各模块。实验证明，该设计方案是可行的，为温度监控提供了一种新思路，具有良好的应用前景。

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