基于鉑電阻的數(shù)字溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言
在某企業(yè)開(kāi)發(fā)的加工控制系統(tǒng)中， 溫度范圍是-100℃～600℃，測(cè)量誤差小于1％。針對(duì)本系統(tǒng)所需的溫度測(cè)量要求，選用了精度高的鉑電阻作為溫度傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換使用MSP430F149內(nèi)部的12位分辨率的ADC模塊。溫度測(cè)量系統(tǒng)具有低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可以擴(kuò)展成多路溫度測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。

1 硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)所要求的測(cè)量范圍，選用的傳感器為鉑電阻PT100，PT100的測(cè)量范圍是－200到850，從PT100的分度表可以計(jì)算出線(xiàn)性度為，無(wú)法達(dá)到測(cè)量精度的要求，所以需要一個(gè)線(xiàn)性補(bǔ)償?shù)男盘?hào)調(diào)理電路，線(xiàn)性補(bǔ)償電路通過(guò)采用XTR105芯片，通過(guò)溫度測(cè)量范圍匹配電阻，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。AD轉(zhuǎn)換用MSP430F149單片機(jī)內(nèi)部12位分辨率的ADC。LCD是2行×16列的字符型液晶顯示器。系統(tǒng)的電路框圖如圖1所示。

1．1 MSP430單片機(jī)
MSP430是德州公司新開(kāi)發(fā)的一類(lèi)具有16位總線(xiàn)的帶FLASH的單片機(jī)，由于其性?xún)r(jià)比和集成度高，受到廣大技術(shù)開(kāi)發(fā)人員的青睞。它采用16位的總線(xiàn)，外設(shè)和內(nèi)存統(tǒng)一編址，尋址范圍可達(dá)64K，還可以外擴(kuò)展存儲(chǔ)器。具有統(tǒng)一的中斷管理，具有豐富的片上外圍模塊，片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個(gè)16位定時(shí)器、一個(gè)12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)看門(mén)狗、6路I／O端口、兩路USART通信端口、一個(gè)比較器、一個(gè)DCO內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部時(shí)鐘，支持8M的時(shí)鐘。對(duì)于FLASH型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫(xiě)的FLASH存儲(chǔ)器，因此采用先通過(guò)JTAG接口下載程序到FLASH內(nèi)，再由JTAG接口控制程序運(yùn)行、讀取片內(nèi)CPU狀態(tài)，以及存儲(chǔ)器內(nèi)容信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試，整個(gè)開(kāi)發(fā)都可以在同一個(gè)軟件集成環(huán)境中進(jìn)行。這種方式只需要一臺(tái)PC機(jī)和一個(gè)JTAG調(diào)試器，而不需要專(zhuān)用仿真器和編程器。開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。
1．2 PT100溫度傳感器
溫度是表征物體冷熱程度的物理量，它可以通過(guò)物體隨溫度變化的某些特性(如電阻、電壓變化等特性)來(lái)間接測(cè)量，金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化，并且具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱(chēng)為鉑電阻溫度傳感器，通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為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，是中低溫區(qū)(-200～650℃)最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)供計(jì)量和校準(zhǔn)使用。PT100的溫度／電阻曲線(xiàn)如圖2所示。

按IEC751國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，溫度系數(shù)TCR=O.003851，Pt100(R0=100Ω)、Pt1000(R0=1000Ω)為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型鉑電阻。TCR=(R100一R0)／(R0×100)。PT100與PT1000的標(biāo)準(zhǔn)阻值如表1所示。

溫度／電阻特性公式如下：
-200t0℃ Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]
0t850℃ Rt=R0(1+At+Bt2]
其中Rt在t℃時(shí)的電阻值，R0在0℃時(shí)的電阻值