一種基于Pt100新型高精度測(cè)溫電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)、國防、航天和科研等許多領(lǐng)域，具體地涉及一種基于PtlOO新型高精度測(cè)溫電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在工農(nóng)業(yè)、國防、航天和科研等許多領(lǐng)域，溫度測(cè)量一直都起著舉足輕重的作用。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量?jī)x器響應(yīng)慢、精度低、可靠性差、效率低，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)的需求。隨著傳感器技術(shù)和電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，以單片機(jī)為主的測(cè)溫系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于生活的各個(gè)方面。
[0003]PtlOO是用很細(xì)的鉬絲繞在云母支架上制成，是國際公認(rèn)的高精度測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)傳感器。因?yàn)殂f電阻在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下其物理、化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定，因此它具有精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠的特點(diǎn)。因此鉬電阻可以在-200?650°C范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。PtlOO是電阻式溫度傳感器，測(cè)溫的本質(zhì)其實(shí)是測(cè)量傳感器的電阻，通常是將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號(hào)，再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由處理器換算出相應(yīng)的溫度。因此基于PtlOO溫度傳感器的高精度測(cè)溫電路在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
[0004]但是，目前的PtlOO溫度傳感器在許多測(cè)溫電路設(shè)計(jì)中的測(cè)量效率低下，為了提高PtlOO溫度傳感器測(cè)溫的準(zhǔn)確性，新型的高精度測(cè)溫的出現(xiàn)是很有價(jià)值的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明就是針對(duì)上述問題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于PtlOO新型高精度測(cè)溫電路；本發(fā)明在PtlOO溫度傳感器的兩端設(shè)計(jì)了兩路恒流源，使電路的電流恒定，不易受到電路中電流波動(dòng)的干擾；然后設(shè)計(jì)了二級(jí)放大電路，對(duì)Pt10采集到的信號(hào)進(jìn)行放大，又在每一級(jí)放大電路中加入了恒壓源，為電路提供穩(wěn)定的參考電壓；本發(fā)明具有測(cè)溫精度高、性能溫度、誤差滿足實(shí)際要求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0007]本發(fā)明一種基于PtlOO新型高精度測(cè)溫電路，由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件部分包括雙路恒流源模塊、PtlOO溫度傳感器、二級(jí)放大電路、主控芯片、JTAG下載模塊、顯示模塊；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是:所述雙路恒流源模塊的輸出連接PtlOO溫度傳感器的輸入，PtlOO溫度傳感器的輸出連接二級(jí)放大電路，二級(jí)放大電路的輸出連接主控芯片的一個(gè)輸入端；所述主控芯片的另一輸入端連接JIAG模塊，所述主控芯片的一個(gè)輸出端連接顯示模塊。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述主控芯片采用AVR系列的Atmega 16，所述Atmegal6自身設(shè)置有JTAG接口、8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益的ADC、可編程看門狗定時(shí)器、一個(gè)SPI串行端口。
[0009]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述雙路恒流源模塊采用集成運(yùn)放LM324AD構(gòu)成，其中所述雙路恒流源模塊的基準(zhǔn)電壓由TL431的參考電壓輸出端進(jìn)行提供。
[0010]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述二級(jí)放大電路采用比例差分放大電路和比例放大電路構(gòu)成；其中所述比例差分放大電路加入恒壓源TL431作為參考電壓的提供，所述比例放大電路加入恒壓源LM4040作為參考電壓的提供。
[0011]另外，本發(fā)明所述軟件部分包括濾波算法和二分查找算法；其中所述濾波算法是通過軟件算法對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而屏蔽掉噪聲和干擾雜波信號(hào)等，從而獲得可用的真實(shí)數(shù)據(jù)，也就是通過程序處理的方式完成數(shù)據(jù)采集信號(hào)的處理，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，而且不存在阻抗匹配問題；所述二分查找法具有比較次數(shù)少，查找速度快，平均性能好的優(yōu)點(diǎn)，更適用于不經(jīng)常變動(dòng)而查找頻繁的有序列表，由于PtlOO溫度傳感器在溫度變化時(shí)，電阻的變化并不是線性的，因此本發(fā)明采用二分查找的方法來計(jì)算溫度。
[0012]本發(fā)明的有益效果是。
[0013]本發(fā)明提供一種基于PtlOO新型的具有高精度測(cè)溫的電路；其中硬件電路中首先在PtlOO溫度傳感器的兩端設(shè)計(jì)了兩路恒流源，使電路的電流恒定，不易受到電路中電流波動(dòng)的干擾；然后設(shè)計(jì)了二級(jí)放大電路，對(duì)Pt10采集到的信號(hào)進(jìn)行放大,又在每一級(jí)放大電路中加入了恒壓源，為電路提供穩(wěn)定的參考電壓。在軟件設(shè)計(jì)中，首先通過A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，然后使用防脈沖干擾平均濾波法，以濾掉產(chǎn)生的干擾信號(hào)，最后通過二分查找法計(jì)算得到所對(duì)應(yīng)的溫度值，并顯示出來。
[0014]本發(fā)明給出了一種新的基于PtlOO的測(cè)溫方案，方案中采用PtlOO溫度傳感器的三線制接法，消除了導(dǎo)線上的電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并用恒流源對(duì)初始信號(hào)進(jìn)行調(diào)理補(bǔ)償，提高了信號(hào)的穩(wěn)定性，經(jīng)過帶有恒壓源的二級(jí)電路放大、A/D轉(zhuǎn)換，并用軟件對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波，最后采用二分查找法計(jì)算出溫度，并顯示。實(shí)際應(yīng)用表明，本發(fā)明測(cè)溫方案測(cè)溫精度高、性能溫度、誤差滿足實(shí)際要求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種基于PtlOO新型高精度測(cè)溫電路的總體框圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一種基于PtlOO新型高精度測(cè)溫電路的系統(tǒng)總體流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，為本發(fā)明一種基于PtlOO新型高精度測(cè)溫電路的總體框圖。其中，包括雙路恒流源模塊、PtlOO溫度傳感器、二級(jí)放大電路、主控芯片、JTAG下載模塊、顯示模塊；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是:所述雙路恒流源模塊的輸出連接PtlOO溫度傳感器的輸入，PtlOO溫度傳感器的輸出連接二級(jí)放大電路，二級(jí)放大電路的輸出連接主控芯片的一個(gè)輸入端；所述主控芯片的另一輸入端連接JIAG模塊，所述主控芯片的一個(gè)輸出端連接顯示模塊。
[0018]本發(fā)明所述主控芯片米用AVR系列的Atmegal6,所述Atmegal6自身設(shè)置有JTAG接口、8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益的ADC、可編程看門狗定時(shí)器、一個(gè)SPI串行端口。ATmegal6是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，具有豐富的指令集，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，512字節(jié)EEPROM，IK字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I/O 口線，32個(gè)通用工作寄存器，所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。
[0019]本發(fā)明所述雙路恒流源模塊采用集成運(yùn)放LM324AD構(gòu)成；其中基準(zhǔn)電壓由TL431的參考電壓輸出端進(jìn)行提供。TL431是可控精密穩(wěn)壓源，是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路，性能好、價(jià)格低，它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意的設(shè)置到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任何值。兩路恒流源分別連接在溫度傳感器PtlOO的兩端，將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)，第二個(gè)恒流源輸出端使用的是2K的滑動(dòng)變阻器，目的是可以調(diào)節(jié)電流的大小，使兩路恒流源的大小相同。
[0020]所述二級(jí)放大電路采用比例差分放大電路和比例放大電路構(gòu)成。其中第一級(jí)放大電路為比例差分放大電路，在第一級(jí)放大電路中加入了恒壓源作為參考電壓，使電路具有恒定的參考電壓，恒壓源的參考電壓由TL431構(gòu)成的電路提供；第二級(jí)放大電路為比例放大電路，使信號(hào)再次放大；在第二級(jí)放大電路中也加入了恒壓源，為放大器提供恒定的參考電壓值，恒壓源采用LM404085組成的穩(wěn)壓電路提供穩(wěn)定電壓，LM4040具有溫度范圍寬，可調(diào)電壓的輸出模式，無需濾波電容即可輸出高精度的參考電壓。
[0021]另外，本發(fā)明所述軟件部分包括濾波算法和二分查找算法；其中所述濾波算法是通過軟件算法對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而屏蔽掉噪聲和干擾雜波信號(hào)等，從而獲得可用的真實(shí)數(shù)據(jù)，也就是通過程序處理的方式完成數(shù)據(jù)采集信號(hào)的處理，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，而且不存在阻抗匹配問題；所述二分查找法具有比較次數(shù)少，查找速度快，平均性能好的優(yōu)點(diǎn)，更適用于不經(jīng)常變動(dòng)而查找頻繁的有序列表，由于PtlOO溫度傳感器在溫度變化時(shí)，電阻的變化并不是線性的，因此本發(fā)明采用二分查找的方法來計(jì)算溫度。
[0022]如圖2所示，為本發(fā)明一種基于PtlOO新型高精度測(cè)溫電路的系統(tǒng)總體流程圖。其中包括系統(tǒng)初始化、A/D轉(zhuǎn)換、軟件濾波、二分查找法計(jì)算溫度、顯示溫度；程序首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后將放大電路傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，對(duì)軟件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)采用防脈沖干擾平均濾波法進(jìn)行濾波，求取平均值，將得到的數(shù)據(jù)采用二分查找法計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的溫度并顯示出來。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于Pt10新型高精度測(cè)溫電路，其中硬件部分包括雙路恒流源模塊、PtlOO溫度傳感器、二級(jí)放大電路、主控芯片、JTAG下載模塊、顯示模塊；其特征在于:所述雙路恒流源模塊的輸出連接PtlOO溫度傳感器的輸入，PtlOO溫度傳感器的輸出連接二級(jí)放大電路，二級(jí)放大電路的輸出連接主控芯片的一個(gè)輸入端；所述主控芯片的另一輸入端連接JIAG模塊，所述主控芯片的一個(gè)輸出端連接顯示模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PtlOO新型高精度測(cè)溫電路，其特征在于:所述主控芯片采用AVR系列的Atmegal6，所述Atmegal6自身設(shè)置有JTAG接口、8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益的ADC、可編程看門狗定時(shí)器、一個(gè)SPI串行端口。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PtlOO新型高精度測(cè)溫電路，其特征在于:所述雙路恒流源模塊采用集成運(yùn)放LM324AD構(gòu)成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PtlOO新型高精度測(cè)溫電路，其特征在于:所述二級(jí)放大電路采用比例差分放大電路和比例放大電路構(gòu)成。
【專利摘要】一種基于Pt100新型高精度測(cè)溫電路。本發(fā)明在Pt100溫度傳感器的兩端設(shè)計(jì)了兩路恒流源，使電路的電流恒定，不易受到電路中電流波動(dòng)的干擾；然后設(shè)計(jì)了二級(jí)放大電路，對(duì)Pt100采集到的信號(hào)進(jìn)行放大，又在每一級(jí)放大電路中加入了恒壓源，為電路提供穩(wěn)定的參考電壓；本發(fā)明具有測(cè)溫精度高、性能溫度、誤差滿足實(shí)際要求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。其中包括雙路恒流源模塊、Pt100溫度傳感器、二級(jí)放大電路、主控芯片、JTAG下載模塊、顯示模塊；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是：所述雙路恒流源模塊的輸出連接Pt100溫度傳感器的輸入，Pt100溫度傳感器的輸出連接二級(jí)放大電路，二級(jí)放大電路的輸出連接主控芯片的一個(gè)輸入端；所述主控芯片的另一輸入端連接JIAG模塊，所述主控芯片的一個(gè)輸出端連接顯示模塊。
【IPC分類】G01K7/20
【公開號(hào)】CN105628244
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410622467
【發(fā)明人】李福霞
【申請(qǐng)人】李福霞
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2014年11月7日