温度自动测试仪器正文.doc

- . z. 1 前 言 温度是一种最根本的环境参数，人们的生活与环境温度息息相关，在工业生产过程中需要实时监测温度，在农业等生产过程中也离不开温度的监测。因此研究温度的测量与显示系统具有重要的现实意义。 本次实验是将平时学习的知识用到实际当中去。我们知道人工手动记录一个导热物体的散热温度，是非常困难的，一是其散热时间如果很长，难免会让人疲劳。二是如果温度的变化很快，记录的人根本不能分辨记录，等等诸多原因都将限制人工手动的记录。简单的说温度自动测试仪器是将物体温度的变化值，转化成微弱的电信号再经放大电路放大，A/D转换，存储然后显示，什么时候需要数据就什么时候把数据提出来使用，大大的节约了人力，简化了整个过程。在现代的工业生产中，实验室中自动温度测试仪都有很好的用武之地。 2 方案设计 2.1 方案比拟与论证 方案一设计框图如下所示： DS18B20 DS18B20 按 键 LCD显示 MCU 图2.1 方案一框图 方案一温度自动测试仪采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改良型智能温度传感器DS18B20作为人测元件，测温范围收—55~125℃，最大分辨率可达0.0625℃，DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低本钱和易使用的特点。 方案二设计框图如下： 温度传感器 温度传感器 程控放大电路 A/D转换 MCU LCD显示 按 键 图2.2 方案二框图 方案二采用热电偶传感器，热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的准确度；测量范围广，可从-50~l600℃进展连续测量，特殊的热电偶如金铁—镍铬，最低可测到一269℃，钨—铼最高可达2800℃。大大的提高了测温范围。并且采用了INA114仪用放大器提高了放大精度。高精度的A/D转换器7135具有±20000个数的分辨率，而且有BCD码和STB选通信号输出，与微机接口十分方便。在小型化仪表中，应该以最少的元件完成尽可能多的任务，7135只要一个I/O和8051内部的一个定时器就可以把数据送入单片机，节约了硬件资源。 2.2 方案选择 比拟两种方案，其优点上面都已介绍了。但是方案一，不能应用于高温场合，这必将限制其应用的范围。而且其精度与方案二所用的仪用放大器相比拟也用明显的缺乏之处。最后综合各种实际因素我们觉得采用方案二来实现。 3 单元模块设计 3.1 特殊器件介绍 3.1.1 INA114仪用放大器 INA114是一种通用仪用放大器,尺寸小、精度高、价格低廉,可用于电桥、热电偶、数据采集、RTD传感器和医疗仪器等。INA114只需一个外部电阻就可以设置1至10000之间的任意增益值,内部输入保护能够长期耐受±40V,失调电压低〔50μV〕,漂移小〔0.25μV/℃〕,共模抑制比高〔G=1000时为50dB〕,用激光进展调整,可以在±2.25V的电压下工作,使用电池〔组〕或5V单电源系统,静态电流最大为3mA。INA114采用8引脚塑料封装或SOL-16外表封装贴件,使用环境温度为-40℃～+85℃。INA114的内部电路和引脚布局如图3.1和图3.2。 图3.1 INA114内部电路 图3.2 INA114引脚布局 3.1.2 ICL7135介绍 ICL7135精度高、抗干扰性能好、价格低，应用十分广泛。ICL7135具有±20000个数的分辨率，而且有BCD码和STB选通信号输出，与微机接口十分方便，因此有很多文章介绍ICL7135作为微机的高精度A/D接口电路。本此设计与常用的方法不同之处是利用ICL7135的"busy〞输出信号与单片机MCS-51衔接。 ICL7135是以双积分方式进展A/D转换的电路。每个转换周期分为三个阶段：自动调零阶段，被测电压积分阶段，对基准电压进展反积分阶段。 以输入电压V*为例，其积分器输出端〔ICL7135的4脚〕的波形如图3.4所示。"busy〞输出端〔ICL7135的21脚〕高电平的宽度等于积分和反积分时间之和。ICL7135内部规定积分时间固定为10001个时钟脉冲时间，反积分时间长度与被测电压的大小成比例。如果利用单片机内部的计数器对ICL7135的时钟脉冲计数，利用"busy〞作为计数器门控信号，控制计数器只能在busy为高电平时计数，将这段busy高电平时间内计数器的内容减去10001，其余数便等于被测电压的数值。 图3.3"busy〞输出波形 3.1.3 热电偶传感器 在该设计中采用K型镍铬-镍硅热电偶,分度号为K,对0～1300℃的温度为0～52.410mV。该热电偶特点有:热电势高、热电特性近于线性、性能稳定、复制性好、价格