基于单片机的智能温度测试控制仪的设计.doc

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1、 目 录1前言（绪论）21.1设计背景21.2设计目标21.3技术路线21.4实施计划21.5必备条件32总体方案设计42.1设计任务42.2方案一42.3方案二52.4方案三:62.5方案的比较与确定63单元模块设计73.1温度检测电路73.1.1选择传感器的总原则73.1.2温度传感器的选择83.1.3温度检测接口电路93.2信号放大电路93.3A/D转换电路103.3.1A/D转换器的选择103.4单片机AT89C52电路133.5温度设置电路143.6显示接口电路143.7执行电路163.8看门狗电路173.9电源电路183.9.1电源变压器183.9.2整流电路193.9.3滤波电路

2、193.9.4稳压电路193.10器件介绍203.10.1检测部件-铂电阻203.10.2铂电阻的温度特性（RT）203.10.3常用标准铂电阻温度传感器的特性213.10.4温度传感器特性的线性化213.11信号放大AD522223.12A/D转换芯片ICL7109233.12.1A/D转换器的功能233.12.2A/D转换器的主要技术指标233.12.3ICL7109的介绍233.13X25045的介绍253.13.1主要特性253.13.2功能描述253.13.3操作方法253.14AT89C52的介绍273.14.1主要性能273.14.2功能特性描述273.14.3管脚介绍273.1

3、4.4存储器结构293.15显示器件303.16执行部件双向晶闸管313.16.1概 述：323.16.2符 号：323.16.3主要技术参数（表3.3，表3.4）323.16.4双向晶闸管的结构和工作原理：333.16.5双向晶闸管的特性参数：334软件设计354.1系统软件功能354.2程序及算法介绍354.2.1主程序354.2.2主要子程序364.2.3控制算法385系统测试416系统的技术指标426.1系统能实现的功能426.2系统指标参数测试426.3系统功能及指标参数分析447结论468总结与体会479谢辞（致谢）4910参考文献50附录51摘 要：本次设计是采用单片机AT89C

4、52构成的智能温度测控仪。其主要任务是对化工合成装置的温度进行检测，并按工艺要求控制最高加热温度。采用带有死区的PID控制算法，当温度在给定的死区范围内，不予调节；当温度超出给定范围时，由单片机系统按照运算结果驱动双向可控硅，调节加热装置，以控制合成装置的温度。关键词：单片机， 温度检测， PID控制算法， 双向可控硅Abstract： This design is uses the Microcontroller Unit AT89C52 constitution the intelligent temperature observation and control meter. Its p

5、rimary mission is carries on the examination to the chemical industry synthesizer temperature, and according to technological requirement control highest heating temperature. Uses has the dead area the PID control algorithm, when temperature in assigns in the dead area scope, does not give the adjus

6、tment; When the temperature surpasses assigns the scope, by the monolithic integrated circuit system according to the operation result actuation bidirectional silicon-controlled rectifier, the adjustment heat installation, by controls the synthesizer the temperature. Keywords： Microcontroller Unit，

7、Temperature examination， the PID control algorithm， Bidirectional silicon-controlled rectifier1 前言（绪论）科学技术的快速发展和巨大进步对系统理论和控制科学提出了新的更高的要求，自动控制科学正面临着新的挑战。同时微电子技术与计算机的快速发展，智能化已经成为社会发展的必然趋势。单片机在工业自动化、智能化仪器仪表中的应用越来越广泛。由于单片机性价比较高，经济实用，目前大多数的温度检测和自动控制系统都是通过单片机来实现的。1.1 设计背景在钢铁、机械、石油化工、电力、工业炉窑等工业生产中，温度是极为普遍又

8、极为重要的热工参数之一;温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到并满足工艺过程的要求。在本设计中，主要研究对特定空间(某合成装置)的温度进行高精度控制。其控制系统，具有非线性，时滞以及不确定性。单纯的依靠传统的控制方式或现代控制方式都很难达到高质量的控制效果，本设计将经典控制与现代智能控制相结合，达到了很好的控制效果。1.2 设计目标本设计选择单片机AT89C52构成系统，采用带有死区的PID 控制算法，当温度在给定的死区范围内时，不予调节；当温度超出给定范围时，由单片机系统按照运算结果驱动双向可控硅，调节加热装置，以控制合成装置的温度。1.3 技术路线本智能温度测控系统是一种

9、用于化工合成装置的温度进行检测并按工艺要求控制最高加热温度系统，系统主要采用带有死区的PID控制算法，当温度在给定的死区范围内，不予调节；当温度超出给定范围时，由单片机系统按照运算结果驱动双向可控硅，调节加热装置，以控制合成装置的温度。采用单片机AT89C52结构设计，所用功能绝大部分靠编程软件实现。1.4 实施计划该系统的硬件是由温度检测系统、信号转换电路、A/D转换系统、温度设置电路、单片机基本系统、执行信号输出电路、显示接口等部分构成；系统采用的的控制方法是PID控制算法，此算法对动态响应缓慢的对象具有良好的调节效果。在设计中按照模块进行分模块的设计。先进行资料的查询。然后依次进行硬件设

10、计，软件设计，程序调试，撰写报告等。最终在老师指导下完成报告并答辩。1.5 必备条件在设计中，我们首先应该具备设计中所需要的资料和相关书籍，杂志，报刊期刊等。同时需要有相对应的硬件软件技术资料以及技术测试方面的资料，同时更加需要老师在技术上和设计中给予大力的支持和关怀。在写本报告的过程中，摘编了生产厂家和各种电子类报刊、参考书的资料，特向提供资料的同学及作者表示感谢。由于水平有限，报告中定有不妥之处，请提出宝贵意见。2 总体方案设计2.1 设计任务本设计是采用铂电阻构成的温度检测及控制系统，其功能要求：对化工合成装置的温度进行检测，并按工艺要求控制最高加热温度；在升温阶段，控制合成装置的温度以

11、每小时15的速率上升；加入触媒后的温度采用恒值控制。前期为370，中期380，后期为390。控制精度为3；最高温度连续三次达到400时发出报警信号；显示检测温度值；留有扩充余地，以实现多回路控制。根据上述任务要求，本设计选择单片机AT89C52构成系统，采用带有死区的PID 控制算法，当温度在给定的死区范围内时，不予调节；当温度超出给定范围时，由单片机系统按照运算结果驱动双向可控硅，调节加热装置，以控制合成装置的温度。2.2 方案一此测温方案采用不平衡电桥测量，铂电阻随温度变化的电压信号，经过放大、AD转换后，送到单片机中进行处理和显示；其测温的单片机控制器采用NEC的8位78K0系列单片机，

12、（同时扩展EERPOM存储单元），并启用了看门狗功能，以提高测温仪的抗干扰性能；报警采用的是蜂鸣器，采集时显示温度，比较系统设定值，连续三次达到400则报警；系统中采用的是模糊控制算法。此其中其结构框图如图2.1铂 电 阻桥 路放 大电 路A/D转 换电 路NEC8位单片机温 度控 制LED显示EEPROM存储单元蜂 鸣 器开关控 制图2.1：方案一结构框图2.3 方案二由于单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制，而且考虑到功耗及整机的精度和价格等问题，测温控制器同样采用的是单片机，其是AT89C52系列单片机，并扩展看门狗功能，也是要提高测温仪的抗干扰性能。测温

13、系统采用不平衡电桥测量铂电阻随温度变化的电压信号，经过放大、AD转换后，送到单片机中进行处理和显示。采集时显示最值温度，超过设定值连续三次达到400则报警，报警是由软件控制；本方案采用AT89C52芯片（内部含有4KBE2PROM），不需要外扩展存储器，可使其他整体结构更为简单。其结构框图如图2.2：温度检测信号放大A/D转换单片机报 警温度控制开关控制LED显示看门狗定时器图2.3：方案二结构框图工作过程:某合成装置的温度由温度传感器检测，经运算放大器AD522后送往ICL7109A/D转换，由ICL7109完成模/数转换，此数字量被送入单片机AT89C52；单片机将温度信号进行数字滤波，标

14、度变换后，由LED显示合成装置温度；同时与系统设定值进行比较，按照PID控制算法进行运算，通过输出信号去驱动双向可控硅，调节加热装置，以控制合成装置的温度。若最高温度连续三次达到400时则系统报警。其中输出采用双向可控硅调功方式控制，执行器件是由带过零触发电路的双向可控硅，输入TTL电平信号可控制其导通和截止，在规定周期内控制加入装置导通的交流周波来实现调节功率的作用。2.4方案三:框图如图2.3，此方案也是以AT89S51作为控制核心,单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制,但是是以DS18B20作为温度传感器.DS18B20是一线式数字式温度计芯片,结构简单,不需要外接

15、元件,可以实现设计的要求,而且DS18B20抗干扰能力也比较强。DS18B2089S51键盘驱动电路 加热降温光 耦LED显示过零触发图2.3 方案三的框图2.5方案的比较与确定三个方案的思想理念都是一样的，只是器件的选择和控制算法上有所差别。在器件选择上，方案一采用是的NEC的8位78K0系列单片机，方案二是采用以AT89C52为控制核心的单片机控制系统及报警是由软件程序提供的。方案三是采用的89C51为控制核心的单片机控制系统。在控制算法上：方案一和三是采用的是模糊控制；方案二采取的是PID控制算法。由于模糊控制是不需精确知道被控对象的数学模型，而且适合于较大滞后特性的被控对象，但是静态误

16、差不容易控制。而PID控制是理论和技术都很成熟，在单片机上较容易实现，可以达到较小的静态误差，但误差较大时，系统容易出现积分饱和，从而导致系统出现很大的超调量甚至出现失控现象，而只有仔细调整控制参数，才能获得较好的效果。考虑到功耗及整机的精度和价格比较，本设计及制作采用了方案二。3 单元模块设计系统的硬件构成：该系统的硬件电路由温度检测、信号放大、A/D转换、单片机、温度设置电路、温度控制电路（执行电路）、显示接口电路，看门狗电路及电源电路等部分构成。3.1 温度检测电路3.1.1 选择传感器的总原则现代传感器在原理和结构上千差万别，如何根据具体的测控目的、测控对象以及测控环境合理地选择传感器

17、，是单片机测控系统首先要解决的问题。当传感器选定之后，与之相配套的测控电路也就可以确定了。测控结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选择是否合理。作为单片机测控系统前向通道的关键部件，在选择传感器时应考虑以下几个方面。根据测控对象与测控环境确定传感器的类型首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选择，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量对象的特点和传感器的使用条件综合考虑以下一些具体问题：A：传感器的量程；B：被测位置对传感器体积的要求；C：测量方式为接触式还是非接触式；D：传感器信号的引出是有线还是无线；E

18、：是购买传感器学是自行研制传感器以及价格因素等。在综合考虑上述因素之后就能确定选择何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。灵敏度的选择通常情况下，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为灵敏度越高，与被测量变化相对应的输出信号的值越大，有利于信号处理。但是，传感器的灵敏度越高，与被测量无关的外界噪声越容易混入，噪声被放大系统放大后会影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。另外，某些传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其他方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏

19、度越小越好。频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，传感器的频率响应好，可测的信号频率范围就宽，传感器的输出信号必须在允许的频率范围内保持不失真，实际上传感器的响应总有一定的延迟，希望延迟时间越短越好。线性范围传感器的线形范围是指输出信号与输入量成正比的范围。从理论上讲，在此范围内灵敏度应保持定值。传感器的线性范围越宽，其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定之后首先要看其量程是否满足要求。实际上任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看线性，这样就给测量带来极大

20、的方便。稳定性传感器使用一段时间以后，其性保持不变化地能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，首先应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采用适当措施以减小环境的影响。传感器的稳定性有定量的指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。对于某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选择的传感器稳定性要求更来格，要更能经受住长时间考验。精度的选择精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测控

21、系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越高，因此，传感器的精度只要能满足整个测控系统的精度要求就可以了，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。 如果测量结果是供定性分析的，选择重复精度高的测量值，就需选择精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自造传感器的性能应满足使用要求。3.1.2 温度传感器的选择温度传感器技术被广泛应用于消费类电子产品、玩具、家用电子产品、工业测控系统以及个人计算机应用中。传统上分立式温度传感器是最常用的温度传感元件，而集成温度传感器特点是测温误差小、价格低、

22、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单，它是目前在国内外应用最为普遍的一种温度传感器。综上所述，不同的传感器具有不同的应用场合，由于在温度测控系统中，传感器是前向通道的关键部件，因此，选择合适的传感器是非常重要的。选择的原则要考虑温度范围，温控精度，测温场合，价格等几方面的因素。如果被测温度较高，一般可选择热电偶式或辐射式温度传感器。对于常温区域的温度测量，如果要求精度高，宜选择集成温度传感器；如果要求精度不高，宜选择热敏电阻温度传感器；如果要求对被测温度能快速反应，则应选择时常数小的温度传感器，若被测环境具有较强腐蚀性，则选择的传感器

23、就要考虑能耐何种腐蚀，必要时要对传感器进行一定耐腐蚀封装。总之温度传感器的选择要与温度测控系统的要求相适应，除此之外再考虑成本。在满足要求的前提下，尽可能选择成本较低的温度传感器。3.1.3 温度检测接口电路 根据温度传感器选择原则,本次设计测温元件采用的是Pt100型铂电阻温度传感器。由测温元件RT和电阻元件构成桥式测量电路，把温度变化所引起的铂电阻的阻值变化转换成电压信号送给放大器的输入端，经放大后送到A/D转换芯片。由于铂电阻安装在测量现场，通过长导线接入控制台，为了减小引线电阻的影响，采用三线制接法,可将外界温度变化对连接导线电阻r 的影响在桥路抵消掉。3.2 信号放大电路本次设计中信

24、号放大电路是由单芯片集成精密放大器AD522构成。AD522的第1脚和第3脚为信号差动输入端；第2、14脚之间外接电阻RG，用于调整放大倍数；第4、6脚为调零端；第13脚为数据屏蔽掉；第12端为测量端；第11脚为参考端，这两端间的电位差即为加到负载上的信号电压。使用时，测量端与输出端（第7脚）在外部相连接，输出放大后的信号。将信号地与放大器的电源地（第9脚）相连，为放大器的偏置电流提供通路。为了降低噪音，有效地减少了外部电场对输入信号的干扰,输入管脚和增益电阻应被屏蔽。利用这种平衡设计不需使用外部旁路电容就可以获得较理想的性能。但如果信号弹源被置于远处或者携带超过几千毫伏的噪声时，就需要使用旁

25、路电容来获得更好的性能。参考端和补偿端可以对远距离负载进行补偿，也可用于调整共模抑制比、增加输出电路自举和调整输出漂移。使用时，RG应尽量靠近AD522，过长的导线会增加寄生电容而产生相移，从而导致高部分的共模抑制比降低。当频率低于10HZ时，接在远处的RG不会引起稳定性问题，在G=1时，RG引间的200M漏电阻抗会引起0.1%的增益误差。 图3.1:信号放大电路图3.3 A/D转换电路3.3.1 A/D转换器的选择 在用单片机构成的智能式测量与控制系统中，对于模拟信号必须通过模数转换芯片将其转换为数字信号。一般说来，模数转换器件的性能影响到整个系统的性能，而不同的模数转换器件，除了性能的差异

26、外，其外围接口的设计及其成本都是系统设计时要考虑的因素。A/D转换器的选择一般考虑如下因素:1) A/D转换器的转换精度及分辨率；2) A/D转换器的转换速度，以保证系统的实时性要求；3)根据环境条件选择A/D转换器的一些环境参数要求；4)根据处理器的接口特征，考虑如何选择A/D转换器的输出形式、控制方式； 5)还要考虑到成本、资源、市场供应等因素。根据用铂电阻构成的智能温度测控系统的性能要求，选择了ICL7109作为模数转换器件，采用ICL7109芯片 构成A/D转换电路：ICL7109A/D转换器的分辨率为1/212位，其分辨率满足系统的误差设计要求；A/D转换器的最大转换速度为每秒30次

27、，在本装置中，需要采样的信号为电流信号，电压信号，温度信号，经滤波整流后均为直流信号，ICL7109的转换速度很满足设计要求；而且该芯片有较强的抗噪声干扰能力，这对于保证整个系统的检测与控制精度是非常有利的。3.3.2A/D转换接口电路A/D转换器ICL7109的接口电路如图所示。P1。4与A/D转换器的状态输入端STATUS相连接，并定义为输入，用以检测芯片的工作状态。方式选择端MODE接地，置A/D转换器为直接输出方式。这样，在片选和字节使能信号的控制下CPU可以直接读取A/D转换数据。单片机AT89C52中P1。6、P1。5、P1。3口线分别与A/D转换器的运行/保持输入端RUN/HOL

28、D、字节使能端HBEN、LBEN及CE/LOAD端相连，用以控制A/D转换。ICL7109每完成一次转换所需的转换时间为8192个时钟周期，当采用6MHZ晶振时转换时间为8192 *58十6mhz=79. 12ms，即转换速成率为1 2.63次/秒。在积分阶段，积分门限的高电平脉冲将转换结果进行锁存，并发出输出状态标志，STATUS变为低电平，ICL7109可以输出结果数据。图3.2:A/D转换电路图3.4 单片机AT89C52电路EA/VP31X119X218RESET9RD17P3616P3212P3313P3414P3515P101P112P123P134P145P156P167P178

29、AD039AD138AD237AD336AD435AD534AD633AD732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30P3111P3010R10AT89C52VCC12A74HC04X1X2GNDY6MC830PFC930PFX1X2VCC图3.3:AT89C52接口图本次设计是以单片机AT89C52为核心。在整个单片机控制系统中，CPU既是运算处理中心，又是控制中心，是控制系统最关键的器件。本系统中选用与MCS-51系列完全兼容的AT89C52单片机，它是一种低功耗、高性能、CMOS8位微处理器。AT89C52可构成真正的单

30、片机最小应用系统，缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统成本。3.5 温度设置电路 图3.4:温度设置电路图如图所示:本次设计中温度设置元件是由4个开关来控制，通过开关的闭合，来控制对应的温度。在P3.3P3.6口线上分别接4个开关。闭合K4时，P3.6为“0”，表示设置控制温度为370（触媒使用的前期）；闭合K3时，设置控制温度为380触媒使用的中期）；闭合K2时，设置控制温度为390（触媒使用的后期）。K1为降温控制开关，闭合K1时，停止加热，系统进入降温过程。系统软件检测P3.3P3.6的状态，发现某一开关闭合，即设置对应的控制温度，并转入相应的工作过程。3.6 显示接口电路 图3.5:

31、显示接口电路图 如图所示:在本次设计中,采用的是传统的LED显示系统.用AT89C52的串行口扩展四片串/并转换的移位寄存器74LS164驱动四只1.5英寸共阳极LED数码管，实时显示合成装置的温度。P3.0输出数据，P3.1送清除信号，P3.2输出移位时钟。3.7 执行电路 图3.6:执行电路图本次设计中执行电路(温度控制电路)采用的是带过零触发的双向晶闸管触发电路。在使用晶闸管的控制电路中,常要求晶闸管在电源电压为零或刚过零时的触发晶闸管,减少晶闸管导通时,对电源的影响.这种触发主式称为过零触发。过零触发需要过零检测电路，有些光电耦合器内部含有过零检测电路，如MOC3061双向晶闸管触发电

32、路。此种过零触发方式使晶闸管输出为正弦波，可避免移相触发输出非正弦波而造成的对电网的公害。如3.7图所示:MOC3061 的输同端的额定电压是600V，最在重复涌电流为1A，最大电压上升率dV/dT为1000V/us以上，一般可达2000V/us，输入输出隔离电压大于7500V，输入控制电流为15mA。 当AT89c52的P2.0端输出低平时，MOC3061的输入端有约16mA的电流输入，在MOC3061的输出端6脚和4脚之间的电压稍过零时，内部双向晶闸管导通，触发外部双向晶闸管KS导通。当P2.0端输出高电平时，双向晶闸管KS关断。MOC3061在输出关断的状态下。也有小于或等于500A的电

33、流，加入R3可以消除这个电流对外部双向晶闸管的影响。MOC3061的限流电阻R1，用于限制流经MOC3061输出端的电流最大值不超过1A。MOC3061过零检测的电压值为20V，所以限流电阻取稍大于20欧姆。如负载是电感性负载，由于电感的影响，触发外部双向晶闸管KS的时间延长，这时流经MOC3061输出端的电流会增加，所以在电感性负载的系统中，R1的值需要增大。当负载的功率因数小于0.5时，R1取最大值勤。最大值由下式计算：R1=VP/IP=220*21/2/1=311欧姆取300欧姆.在其它情况下可以取270欧姆330欧姆.当R1取得较大时,对最小触发电压会有影响.最小触发电压VT由下式计算

34、:VT =R1(IR3 +VGT )+ VGT+VTM式中:IR3是流过R3的电流,IR3 = VGT/R3IGT为晶闸管KS门极触发电流;VGT为晶闸管KS门极触发电压;VTM为MOC3061输出晶闸管的导通压降,一般取约等于3V.。与双向晶闸管KS并联的RC回路用于降低双向晶闸管所受的冲击电压，保护KS及MOC3061。3.8 看门狗电路图3.7: X25045接口电路图本设计中采了具有可编程的串行EEPROM-X25045。该芯片集看门狗定时器、工作电压监控和512*8位E2PROM于一体。存储器可用来存放表格，在单片机内RAM不敷使用的情况下，也可用来存放数据处理的中间结果。X2504

35、5是美国公司XICOR低功耗CMOS的产品(备用电流l0uA、工作电流3mA)，它把看门狗定时器、VCC监控电路和EEPROM三种常用功能组合在单个封装内，增大了电路密度，减少了体积，提高了系统的可靠性，是设计成直接与许多通用的微控制器系列的同步串行外设接口(SPI)相接的512*8位EEPROM。VCC监控功能是指只要VCC电平降至低于最小转换电压或者看门狗定时器达到其编程的超时极限值，RESET的输出为高电平。X25045包括一个8位指令寄存器，它可以通过SI (P11)输入来访问，数据在SCK (P12)的上升沿由时钟同步输入。在整个工作周期内，/CS (P10)必须为低电平，/WP必须

36、为高电平。X25045监视总线，如果在预置时间内没有总线活动，那么它将提供RESET信号输出。在SI线上输入的数据在/CS变为低电平后的SCK的第一个上升沿被采样，由SCK的下降沿输出到S0(P11)线上。SCK是静态的，允许用户停止时钟并在其后恢复操作。所有的指令、地址和数据都以MSB(最高有效位)在前的方式传送，读和写指令的指令格式中均包含有地址高位A8，此位用于选择器件的上半部或下半部。在上电和字节、页或状态寄存器写周期完成以后及/WP变为低电平时，写使能锁存器被复位(即禁止写操作)，因此写操作前必须设置写使能锁存器。3.9 电源电路根据设计的需要，所用到的电源包括信号放大的双15V电源

37、和其它器件所用的双5V电源。直流稳压电源一般的组成如下：电源变压 器整流滤波电 路集成稳压 器滤 波电 路图3.8 :直流稳压电源组成框图整体说明：电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉冲的直流电压。由于此脉冲的支流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因此在整流、滤波电路后，还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。当负载要求功率较大、效率高时，常采用开关稳压电源。3.9.1 电源变

38、压器电源变压器的作用是将市网电压变为所需要的电压值。其基本组成电路如下图4-1所示。图3.9: 变压器示意图3.9.2 整流电路整流电路的任务是将交流电转换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，所以二极管是整流电路的关键元件。常见的几种整流电路有单向半波、全波、桥式和倍压整流电路。在设计中我们采用桥式整流电路，其基本电路为：图3.10:桥式整流电路3.9.3 滤波电路滤波电路的用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容、电感组成的各种复式滤波电路。3.9.4 稳压电路稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变

39、化时，维持输出支流电压稳定。它的电路结构如下图：图3.11: 稳压电路3.10 器件介绍3.10.1 检测部件-铂电阻 目前在温度测量领域，除了广泛使用热电偶外，电阻温度计也得到广泛的应用，尤其工业生产中一120一+150范围内的温度测量常常使用电阻温度计。本实验选用铂电阻温度计(WZP Pt 100 )，铂在氧化性介质中，甚至在高温下的物理、化学性质都很稳定，因此铂电阻具有精度高、稳定性好、性能可靠的特点。它是目前制造热电阻温度传感器最理想的材料，可用做标准电阻温度计，被广泛应用于作为温度的基准。3.10.2 铂电阻的温度特性（RT）铂电阻阻值与温度之间的关系式，在不同温度范围内用不同的数学

40、表达式来表示。在温度为0630.755范围内为：RT=R0(1+AT+BT2)在温度为-1900范围内为：RT=R01+AT+BT2+C(T+100)T3式中RT、R0T和0时铂电阻值；A、B、C均为常数。对于绝大多数金属导体，其电阻值随温度变化的特性可表示：RT=R01+（TT0） * 式中RT、R0分别为金属导体在T和0时的电阻值；为为温度系数（1/）。对于绝大多数金属导体，在一定温度范围内可近似为常数，不同的金属导体保持 常数所对的温度范围也不尽相同。因此，*中RT与T可近似为线性关系。， 3.10.3 常用标准铂电阻温度传感器的特性铂的纯度常以R100/R0来表达，通常用W（100）来

41、表示，一般温度测控系统中常用的铂电阻的W（100）不得小于1.391。铂电阻温度传感器的铂电阻体是用很细的铂丝绕在云母、石英或陶瓷支架上制作成的。铂丝的引线采用银线，并穿上瓷套管加以绝缘和保护。我国常用的标准铂电阻技术特性如表所示：表3.1: 标准铂电阻技术特性表分度号R/R100/R0精度等级R允许的误差/%最大允许误差/B146.001.3890.0010.1对于级精度,-200为(0.15+4.5*10-3t),0500为(0.15+3*10-3t)对级精度, -200为(0.3+6.0*10-3t),0500为(0.3+4.5*10-3t)B2100.001.3890.0010.1BA

42、1（PT50）46.00(50.00)1.3910.00070.051.3910.0010.1BA2（PT100）100.001.3910.00070.051.3910.0010.1BA3（PT300）300.001.3910.00113.10.4 温度传感器特性的线性化在比较窄的温度范围内，铂电阻温度传感器的线性度较好。当温度变化范围增大时，铂电阻的非线性程度有所增加，加上测量方法产生的误差，将使检测精度低于系统要求。对铂电阻的特性进行线性补偿有助于提高精确度。在单片机测控系统中，有可能在不增加硬件开销的情况下，充分利用单片机的运算能力通过编程实现传感器特性线性化。目前，广泛采用的方法是折线

43、近似法。将实测的铂电阻的电压-温度关系曲线分成若干段，每段用直线代替曲线，再使用插值法根据电压计算出所对应的温度，或根据温度计算出对应的电压。分段越多，计算精度越高。但这种方法计算的工作量较大，且会产生计算误差。简单的方法是采用表格法。因合成过程的关键阶段是加入触媒前后。而无须将0到400的温度-电压关系全部列表，取310410的标准数据建立表格。因为在0300范围内的加热过程对合成影响不大，认为特性是线性的，不予校正。在310410范围内，按照实际检测值查表，即可得出较精确的温度-电压关系。表格需存放在非易失存储器中。3.11 信号放大AD522AD522集成数据采集放大器可以在环境恶劣的工

44、作条件下进行高精度的数据采集。它线性好，并具有高共模抑制比、低电压漂移和低噪声的优点，适合于大多数数据采集系统。AD522通常用于电阻传感器（电热调节器、应变仪等）构成的桥式传感器放大器以及过程控制、仪器仪表、信息处理和医疗仪器等方面。AD522的主要特性：非线性度仅为0.005%(放大倍数为100时)；噪声电压的峰-峰值为1.5UVP-P（0.1HZ100HZ）；高共模抑制比CMRR：110DB（放大倍数为1000时)；低漂移：2.0UV/(AD522B)单电阻可编程增益:1G1000；具有输出参考端及远程补偿端；可进行内部补偿；除增益电阻外，不需其它外围器件；可调整偏移、增益和共模抑制比。

45、AD522可以提供高精度的信号调理，它的输出失调电压漂移小于1V/，输入失调电压漂移低于2.0V/，共模抑制比高于80DB（在G=1000时为110DB），G=1时的最大非线性增益为0.001%，典型输入阻抗为109。AD522使用了自动激光调整的薄膜电阻，因而公差小、损耗低、体积小、性能可靠。同时，AD522还具有单片电路和标准组件放大器的最好特性，是一种高性价比的放大器。为适应不同的精度要求和工作温度范围，AD522提供有三种级别。其中“A”和“B”为工业级，可用于25+85。“S”为军事级，用于55+125。AD522可以提供四种漂移选择。输出失调电压的最大漂移随着增益的增加而增加。失调电流漂移所引起的电压误差等于失调电流漂移和不对称源电阻的乘积。 另外，AD522的非线性增益将随关闭环增益的降低而增加。 AD522放大器的共模抑制比的测量环境条件为+10