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基于NTC熱敏電阻的溫度測量與控制系統設計.doc

'基于NTC熱敏電阻的溫度測量與控制系統設計.doc'
?基于NTC熱敏電阻的溫度測量與控制系統設計 摘要: 本系統由TL431精密基準電壓,NTC熱敏電阻(MF-55)的溫度采集,A/D和D/A轉換,單片機STC89C51為核心的最小控制系統,LCD1602的顯示電路等構成。溫度值的線性轉換通過軟件的插值方法實現。該系統能夠測量圍為0~100℃,測量精度±1℃,并且能夠記錄24小時每間隔30分鐘溫度值,并能夠回調選定時刻的溫度值,能計算并實時顯示24小時的平均溫度、溫度最大值、最小值、最大溫差,且有越限報警功能。由于采用兩個水泥電阻作為控溫元件,更有效的增加了溫度控制功能。關鍵詞: NTC TL431 溫度 線性轉換Abstract: The system is composed of TL431 as precise voltage,the temperature acauisition circuit with NTC thermistors (MF-55), the transform circuit of A/D and D/A, the core of the minimum control system with STC89C51, 1the display circuit usingLCD1602, etc. Get the temperature of the linear transformation by the software method. The range of the measure system is 0 ~ 100 ℃, measurement accuracy + 1 ℃.It can record 24 hours of each interval temperature by per 30 minutes selected of temperature.The time can be calculated and real-time display within 24 hours of the average temperature, maximum temperature and minimum temperature, maximum value, and each temperature sensor has more all the way limit alarm function. Due to the two cement resistance as temperature control components, the more effective increase the temperature control function. Keyword: NTC TL431 temperature linear conversion目 錄1方案設計與論證 31.1 整體設計方案比較和選擇 32 系統設計 52.1 總體設計 52.2 各單元模塊功能介紹及電路設計 52.2.1 學習板電路 52.2.2 測溫通道電路 72.2.3 模數轉換電路 82.3 特殊器件的介紹 83 軟件設計 93.1 軟件流程圖 93.2 線性轉換處理--線性插值 104 系統測試 114.1 測試方法 114.2 測試結果 124.3結果分析 145 結論 14參考文獻 14附錄: 15附1:元器件明細表 15附2:儀器設備清單 15附3:電路圖圖紙 16附4:程序清單 171方案設計與論證1.1 整體設計方案比較和選擇溫度測量和控制系統,基于NTC熱敏電阻的特性進行設計。當外界溫度變化時,可以將溫度值轉換為電壓值。電壓值經過模數轉換后送入單片機進行處理。當某路傳感器溫度超越設定的溫度上下閥值時,即產生相應的聲光報警信號并顯示該傳感器的溫度值,直至溫度回到門限(要求具有1℃的回差)或通過控制鍵解除警報。后向通道通過水泥電阻作為控溫元件,增加溫度控制功能。最后將輸出的數字信號經過D/A轉換,變換為溫度,最終經過LCD1602進行顯示。NTC熱敏電阻特點是在工作溫度圍電阻阻值隨溫度的上升而降低,可滿足0℃~100℃測量圍,但熱敏電阻精度、重復性、可靠性較差,不適用于檢測小于1℃的信號;而且線性度很差,不能直接用于A/D轉換,應該用硬件或軟件對其進行線性化補償。該溫度測控系統,需要前向通道(溫度采集器和AD轉換器),單片機控制系統和后向通道(溫度控制系統)三部分組成。其中溫度采集器部分有以下三種方案:方案1:采用NTC熱敏電阻,恒流源(采用LM317L,部提供1.2V的基準電壓)和相電壓跟隨器運放構成(如圖1所示)。方案優點:該方案硬件電路簡單,電路電流值較小,焦耳熱損耗很小,溫度測量誤差可以控制在很小的圍。方案缺點:因為恒流源要提供毫安數量級的電流,但受電源變化的影響較大,故要求電源十分穩定,同時其輸出精度不高。圖1 方案1系統設計框圖方案2:采用恒壓源、滑動變阻器和同相電壓跟隨器的運放電路構成(如圖2所示)。方案優點:原理簡單,電路簡單;方案缺點:恒壓源不能保證絕對的恒壓,從而使溫度測得不穩定。圖2 方案2系統設計框圖方案3: 基于緊密穩壓電源TL431作為恒壓源,后接電橋電阻電路和三運放電路(如圖3所示)。三運放的放大增益計算公式:由于:==30K;=20K;==1K所以:最大可以放大約60倍。電橋中和的取值決定了輸出電壓的精確度,經過多次測量,所以該處取值都為20K。 圖3 方案3系統設計框圖方案選定:方案3方案論證:綜上所述前面采用電橋方法可以減小由于恒壓源輸出電壓的波動感的影響。后面采用差分放大,從而輸出很穩定,能夠滿足系統設計的要求,所以選擇方案3。其中運放選OP07(零點漂移很小,類似于精密放大,雖然帶寬不是很寬,但是在此處已經足夠了),方案3中,R5用滑動變阻器,可以很方便的改變增益。同時又不影響電路的對稱性。 2 系統設計2.1 總體設計 經過TL431精密穩壓源輸出2.5V電壓給一個橋式電阻電路,由于NTC熱敏電阻的特性,所以隨著溫度的變化,電阻值減少了,后面在接一個三運放電路將電壓放大到所需要的電壓值。輸出的電壓值經過8位A/D轉換器ADC0804轉換后,將數字信號經由單片機STC89C51進行處理,然后將這些值送由LCD1602進行顯示(如圖4所示)。 圖4 系統總體方案2.2 各單元模塊功能介紹及電路設計2.2.1 學習板電路 學習板系統總體設計電路圖(如圖5所示)。LED數碼顯示器DA轉換器蜂鳴器溫度傳感器EEPROM計算機USB通信接口電源鍵盤AD轉換器LCD顯示器LED流水燈MCUP2P3P1P0 圖5 學習板系統總體設計圖學習板上獨立按鍵和矩陣按鍵的電路圖(如圖6所示)。 圖6 鍵盤電路STC89。省略部分。微軟總裁兼首席軟件設計師比爾。蓋茨所説:“通向最高管理層的最迅捷的途徑,是主動承擔別人都不愿意接手的工作,并在其中展示你出眾的創造力和解決問題的能力?!?把問題想透徹 把問題想透徹,是一種很好的思維品質。只要把問題想透徹了,才能找到問題到底是什么,才能找到解決問題最有效的手段。 不找借口 美國成功學家格蘭特納說過這樣的話:“如果你有為自己系鞋帶的能力,你就有上天摘星星的機會!”一個人對待生活和工作是否負責是決定他能否成功的關鍵。一名高效能人士不會到處為自己找借口,開脫責任;相反,無倫出現什么情況,他都會自覺主動地將自己的任務執行到底。 要事第一 創設遍及全美的事務公司的亨瑞。杜哈提說,不論他出多小兩種能力是:第一,能思想;第二,能按事情的重要程度來做事。因此,在工作中,如果我們不能選擇正確的事情去做,那么唯一正確的事情就是停止手頭上的事情,直到發現正確的事情為止。 運假公濟私,那么你要嘗試學習如何與不同的人相處,提高自己化 能人士的50個習慣 在行動前設定目標 有目標未必能夠成功,但沒有目標的肯定不能成功。著名的效率提升大師博思.西説:“成功就是目標的達成,其他都是這句話的注釋?!爆F實中那些頂尖的成功人士不是成功了才設定目標,而是設定了目標才成功。 一次做好一件事 著名的效率提升大師博思.西有一個著名的論斷:“一次做好一件事的人比同時涉獵多個領域的人要好得多?!备惶m克林將自己一生的成就歸功于對“在一定時期不遺余力地做一件事”這一信條的實踐。 培養重點思維 從重點問題突破,是高效能人士思考的一項重要習慣。如果一個人沒有重點地思考,就等于無主要目標,做事的效率必然會十分低下。相反,如果他抓住了主要矛盾,解決問題就變得容易多了。 發現問題關鍵 在許多領導者看來,高效能人士應當具備的最重要的能力就是發現問題關鍵能力,因為這是通向問題解決的必經之路。正如微軟總裁兼首席軟件設計師比爾。蓋茨所説:“通向最高管理層的最迅捷的途徑,是主動承擔別人都不愿意接手的工作,并在其中展示你出眾的創造力和解決問題的能力?!?把問題想透徹 把問題想透徹,是一種很好的思維品質。只要把問題想透徹了,才能找到問題到底是什么,才能找到解決問題最有效的手段。 不找借口 美國成功學家格蘭特納說過這樣的話:“如果你有為自己系鞋帶的能力,你就有上天摘星星的機會!”一個人對待生活和工作是否負責是決定他能否成功的關鍵。一名高效能人士不會到處為自己找借口,開脫責任;相反,無倫出現什么情況,他都會自覺主動地將自己的任務執行到底。 要事第一 創設遍及全美的事務公司的亨瑞。杜哈提說,不論他出多小兩種能力是:第一,能思想;第二,能按事情的重要程度來做事。因此,在工作中,如果我們不能選擇正確的事情去做,那么唯一正確的事情就是停止手頭上的事情,直到發現正確的事情為止。 運假公濟私,那么你要嘗試學習如何與不同的人相處,提高自己化 能人士的50個習慣 在行動前設定目標 有目標未必能夠成功,但沒有目標的肯定不能成功。著名的效率提升大師博思.西説:“成功就是目標的達成,其他都是這句話的注釋?!爆F實中那些頂尖的成功人士不是成功了才設定目標,而是設定了目標才成功。 一次做好一件事 著名的效率提升大師博思.西有一個著名的論斷:“一次做好一件事的人比同時涉獵多個領域的人要好得多?!备惶m克林將自己一生的成就歸功于對“在一定時期不遺余力地做一件事”這一信條的實踐。 培養重點思維 從重點問題突破,是高效能人士思考的一項重要習慣。如果一個人沒有重點地思考,就等于無主要目標,做事的效率必然會十分低下。相反,如果他抓住了主要矛盾,解決問題就變得容易多了。 發現問題關鍵 在許多領導者看來,高效能人士應當具備的最重要的能力就是發現問題關鍵能力,因為這是通向問題解決的必經之路。正如微軟總裁兼首席軟件設計師比爾。蓋茨所説:“通向最高管理層的最迅捷的途徑,是主動承擔別人都不愿意接手的工作,并在其中展示你出眾的創造力和解決問題的能力?!?把問題想透徹 把問題想透徹,是一種很好的思維品質。只要把問題想透徹了,才能找到問題到底是什么,才能找到解決問題最有效的手段。 不找借口 美國成功學家格蘭特納說過這樣的話:“如果你有為自己系鞋帶的能力,你就有上天摘星星的機會!”一個人對待生活和工作是否負責是決定他能否成功的關鍵。一名高效能人士不會到處為自己找借口,開脫責任;相反,無倫出現什么情況,他都會自覺主動地將自己的任務執行到底。 要事第一 創設遍及全美的事務公司的亨瑞。杜哈提說,不論他出多小兩種能力是:第一,能思想;第二,能按事情的重要程度來做事。因此,在工作中,如果我們不能選擇正確的事情去做,那么唯一正確的事情就是停止手頭上的事情,直到發現正確的事情為止。 運假公濟私,那么你要嘗試學習如何與不同的人相處,提高自己化 袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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