在企業(yè)開發(fā)的過程控制系統(tǒng)中，溫度范圍為-100℃ ~ 600℃，測量誤差小于1% 根據(jù)本系統(tǒng)的溫度測量要求，選用高精度鉑電阻作為溫度傳感器。MSP430F149內(nèi)部的12位分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊用于模數(shù)轉(zhuǎn)換。 該測溫系統(tǒng)具有功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可擴(kuò)展到多通道測溫等。 介紹某企業(yè)開發(fā)的過程控制系統(tǒng)，溫度范圍為-100℃ ~ 600℃，測量誤差小于1% 根據(jù)本系統(tǒng)的溫度測量要求，選用高精度鉑電阻作為溫度傳感器。MSP430F149內(nèi)部的12位分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊用于模數(shù)轉(zhuǎn)換。 該測溫系統(tǒng)具有功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可擴(kuò)展到多通道測溫等。 1.硬件設(shè)計(jì)基于測試系統(tǒng)所需的測量范圍。選擇的傳感器是鉑電阻PT100。Pt100的測量范圍是-200到850。線性度可以從PT100的分度表中計(jì)算出來，不能滿足測量精度的要求。因此，需要一種具有線性補(bǔ)償?shù)男盘栒{(diào)節(jié)電路。線性補(bǔ)償電路利用XTR105芯片在整個溫度測量范圍內(nèi)匹配電阻，滿足設(shè)計(jì)要求。 用于模數(shù)轉(zhuǎn)換的12位分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器 液晶顯示器為2行2倍；16列字符液晶顯示器 系統(tǒng)的電路框圖如圖1所示。 1.1MSP430微控制器MSP430是一款新開發(fā)的帶閃存的16位總線微控制器。由于其高性價比和集成度，msp430受到許多技術(shù)開發(fā)人員的青睞。 它采用16位總線，外設(shè)和內(nèi)存統(tǒng)一尋址，尋址范圍可達(dá)64K，內(nèi)存可向外擴(kuò)展。 它具有統(tǒng)一的中斷管理、豐富的片內(nèi)外設(shè)模塊、片內(nèi)精密硬件乘法器、兩個16位定時器、一個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個看門狗、六個輸入/輸出端口、兩個USART通信端口、一個比較器、一個DCO內(nèi)部振蕩器和兩個外部時鐘，支持8M時鐘 對于閃存類型，有一個非常方便的開發(fā)和調(diào)試環(huán)境。由于器件芯片具有可電擦除的JTAG調(diào)試接口和閃存，程序首先通過JTAG接口下載到閃存中，然后JTAG接口控制程序運(yùn)行，讀取芯片上的CPU狀態(tài)，以及供設(shè)計(jì)人員調(diào)試的內(nèi)存內(nèi)容信息。整個開發(fā)可以在相同的軟件集成環(huán)境中進(jìn)行 這種方法只需要一臺PC機(jī)和一個JTAG調(diào)試器，不需要一個特殊的仿真器和程序員。 開發(fā)語言包括匯編語言和C語言。 1.2 Pt 100溫度傳感器的溫度是代表物體冷熱程度的物理量。它可以通過物體隨溫度變化的某些特性(如電阻、電壓變化和其他特性)間接測量。金屬鉑的電阻值隨溫度變化而變化，具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。由鉑的這種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器，常用鉑電阻溫度傳感器的零電阻值為100ω；電阻變化率為0.3851ω；/℃ 鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣。它是一種常用于中低溫區(qū)(-200 ~ 650℃)的ZUI溫度檢測器。它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)溫度測量，還被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行測量和校準(zhǔn)。 PT100的溫度/電阻曲線如圖2所示。 根據(jù)IEC751國際標(biāo)準(zhǔn)，溫度系數(shù)TCR = O.003851，Pt100(R0 = 100ω；)、Pt 1000(R0 = 1000ω；)是均勻設(shè)計(jì)的鉑電阻。 TCR =(R100-R0)/(R0 &次；100) PT100和PT1000的標(biāo)準(zhǔn)電阻值如表1所示。 溫度/電阻特性公式如下:-200 < 0℃Rt = " R0[1+At+Bt2+C(t-100)T3]0 & Lt；Rt = "R0 (1+at+bt2)在850℃時，其中Rt在t℃時具有電阻值，R0在0℃時具有1.3的電阻值。由于鉑電阻的熱阻特性線性度差，信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)選擇XTR105進(jìn)行線性補(bǔ)償。鉑電阻線性補(bǔ)償電路如圖3所示 每個電阻的計(jì)算公式如下 其中，RZ測量的溫度很低。選擇RL時，注意MSP430單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓設(shè)置為外部電源電壓的3.3V，并使用150個低溫漂移高精度電阻。rl電壓范圍為0.6V至3V，RL可直接連接至MSP430的模擬信號輸入端，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 線性補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)中的電阻根據(jù)XTR105手冊中提供的計(jì)算方法確定，其中RZ為-100℃時PT100的電阻(60ω；)，R2是600攝氏度(314ω；)，R1 =電阻抗(-100+600)/2 = 194ω；根據(jù)公式，RG = 581ω；，RLIN1 = 4.3k &ω； Z 2。軟件設(shè)計(jì)在編程中使用C語言。使用C語言設(shè)計(jì)將帶來以下好處:1 .它可以大大提高軟件開發(fā)的效率；2.可以提高設(shè)計(jì)的程序代碼的可靠性、可讀性和可移植性；3.設(shè)計(jì)師可以更加注重充分發(fā)揮MSP430的功能 MSP430可以對多個模擬通道進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊時，需要設(shè)置通道、參考電壓等相關(guān)寄存器。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的值是二進(jìn)制的，轉(zhuǎn)換后的值需要轉(zhuǎn)換成ASCII數(shù)據(jù)，然后發(fā)送到液晶顯示器進(jìn)行顯示。程序流程如圖3所示 3.測試結(jié)果完成軟硬件設(shè)計(jì)后，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)合測試。 首先，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功能模塊進(jìn)行測試。該測試方法采用高精度可變電阻代替鉑電阻PT100的電阻。對應(yīng)于溫度的可變電阻器的電阻根據(jù)鉑電阻PT100分度表進(jìn)行調(diào)節(jié)。從-100℃到600℃取15分，每50℃測試一次，記錄模數(shù)轉(zhuǎn)換值。 用zui較小二乘法對溫度和轉(zhuǎn)換值進(jìn)行線性擬合，計(jì)算出測量系統(tǒng)的線性度等指標(biāo)。 線性度計(jì)算結(jié)果小于1%，測量數(shù)據(jù)如下:模數(shù)轉(zhuǎn)換功能調(diào)試完成后，對模數(shù)轉(zhuǎn)換值進(jìn)行處理，使測量值準(zhǔn)確顯示在液晶顯示器上 4.結(jié)論通過設(shè)計(jì)合理的信號調(diào)理電路，溫度測量系統(tǒng)達(dá)到了一定的精度要求，具有性能穩(wěn)定可靠、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

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