高温温度计实现方案
文中设计了一种便于携带，且实用又能适应高温环境的高温温度计。系统是基于pt100的高温温度计，pt100模拟温度传感器对环境温度进行采集，然后把采集的数据经a/d转换后传给单片机，单片机接收数据并处理后，在液晶屏上显示测量的温度值。
高温温度计的原理框图如图1所示。
1 系统主要硬件设计
1.1 电源电路
系统用3节5号干电池串联，电压接近4.5 v，刚好满足设计的电源电压要求。电源处理芯片的选择方面考虑的重点是效率高、工作电压低、体积小，经过仔细对比后，选择了以下电源处理芯片。
tl431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从verf 2.5～36 v范围内的任何值。在本文中用作桥式测温电路的参考电压，还具有多种应用，例如：分流校准器、串联校准器、开关校准器、电压参考等。
在t1431与电源引脚间加上一个100 ω电阻用于限流，地引脚端直接接地，电压输出2.5 v接到桥式测温电路作为基准电压，注意基准电压必须稳定，不然会影响测温准确性。
lm1117是具有稳定的电压输出的校准器，可以输出稳定的1.2 v，1.5 v，1.8 v，2.5 v，2.85 v，3.3 v，5 v等电压。设计中用lm1117稳压至3.3 v为a/d模数转换器、放大器提供稳定的电压保证。在电源和地引脚之间加上电容c4和c5用于去耦滤波。
intersil公司生产的icl7660是提供双电压的coms集成芯片，它在提供正负电压方面有独特的优势。icl7660可以提供+1.5～+10 v和-1.5～-10 v的正负电压。icl7660正输出电压vout+和负输出电压分别接入ina126电源的正负极。电源模块的电路原理如图2所示。
图2中vcc5是电源电压，经过lm1117芯片输出为3.3 v，为ina126(仪表放大器)、ads7816和icl7660供电。经过tl431输出2.490 v的电压，为桥式放大电路和ads7816提供稳定的基准电压。icl7660把+3.3 v转换为-3.3 v，为仪表放大器提供负电压。因为单片机和液晶显示器的工作电压范围广，所以vcc直接和总电源相连。
1.2 a/d模数转换模块
因为pt100是模拟温度传感器，且温度测量范围广，所以设计采用ads7816，a/d电路图如图3所示。管脚vref接桥式测温电路的基准电压，管脚+in信号数据输入口接ina126运放的输出端，-in、gnd管脚分别接地。管脚cs片选端接单片机的p1.6口，低电平有效，当p1.6口置低电平时a/d选通，开始工作。管脚dout信号数据输出口接单片机的p1.5口，用于读取a/d转换后的数据。管脚lock时钟信号口接单片机的p1.4口，单片机p1.4口提供a/d连续时钟脉冲，保证a/d数据转换和读取的正常。管脚vcc接经lm1117稳定后的输出电压3.3 v。设计采用stc公司的89c52单片机作为核心，在系统中用89c52单片机来读取a/d转换数据并处理，然后控制液晶显示，是设计中所有器件的核心模块。
单片机与a/d连接电路图如图3所示。
1.3 显示模块
基于液晶1602显示内容丰富，功耗低等优点，选用液晶1602作为显示模块。液晶的第1管脚是接地管脚，管脚vcc接电源，液晶的管脚vl外接电源串联一个10 kω的电位器后接地，用来调节液晶的亮度对比度，使其显示清楚、准确。管脚rs接单片机的p1.0口。管脚rw接单片机p1.1。管脚en接单片机p1.2口，是液晶的使能管脚。液晶的数据口(7～14管脚)接单片机的p0.0～p0.7口，液晶的数据口采用8位并口方式进行数据传送。第15，16管脚是液晶背光灯的正负极，分别接vcc和gnd即可。液晶连接电路图如图4所示。
1.4 pt100测温电路
系统的测温模块由两个1 kω电阻，一个电位器和pt100组成桥式测温电路。桥式测温原理如图5所示。
电桥的输入电压通过tl431稳压至2.5 v，经过测量得到电桥实际输入电压为2.49 v。电桥的4个桥臂中的一个桥臂采用电位器，因为通过调解电位器可以调整输入到运放的差分电压信号大小，设计中用此电位器来调整零点。
pt100数据手册推荐使用lm358芯片放大差分信号，由于lm1117提供给运放的电压只有3.3 v，供电电压过低会导致运放工作不正常，电压放大倍数和理论计算的放大倍数误差很大，这样直接导致放大倍数不稳定，影响测温精确度。经过比较选择发现ina126精密仪器仪放大器，具有高精度，低噪声差分信号采集的优点，它的两个运放设计提供卓越性能具有非常低的静态电流(175 ma/chan)，结合宽工作电压范围±1.35～±18 v的，使其成为高性能的运算放大器。所以改用ina126作为运算放大器，经过测试发现放大倍数稳定。系统中放大倍数约等于6.27倍。由于ina126需要双电源供电，所以使用icl7660进行电压转换，这样可以轻松得到负电压对ina126进行双电源供电。通过ina126对电桥信号进行差分放大。桥式差分放大电路图如图6所示。
对电位器r6进行零点调整可以得到u_=50.012 mv。ina126对u+和u_进行差分放大，放大后电压u0=f×(u+-u_)，f是电压放大倍数，经过测量得到f=6.27。所以
这样得到pt100的电阻值与经过ina126放大后的电压关系，把u0送入a/d，通过a/d转换，单片机算出pt100的电阻值，然后查表，查到的电阻值与表中的相近时，得出此时的温度值，然后送出数据在液晶屏上显示。
2 软件设计
系统的软件包括温度采集部分、a/d转换模块，接收结果处理显示部分。整个程序采用c语言编写，采用模块化程序设计。
设计采用pt100模拟温度传感器采集数据，单片机通电后，pt100由于温度变化，引起电阻发生变化，进而桥式测温电路的电压值发生变化，经过差分放大、a/d转换后送入单片机。单片机始终等待a/d转换值的到来，因为本设计只需要测量温度，所以没有采样周期，读取a/d值的程序放入无限循环中。在设计中，由于pt100的电阻值和温度不成线性关系，所以设计用matlab拟合函数创建一个电阻值一温度对应表格，查表得到温度值。程序开始后，先对液晶屏、a/d进行初始化处理，然后确定液晶屏在空闲状态，调用液晶写地址指令函数，使液晶屏分两行显示，接着调用液晶写数据函数在第1行写入温度计的英文thermometer，第2行写入查表得到的温度值。
a/d模块，首先对a/d初始化，然后把a/d的cs管脚、时钟脉冲clk拉至高电平，接着把cs拉至低电平开始采样。在写程序的时候要注意先发送给a/d两个下降沿脉冲，然后才开始采样数据。实验证明，如果直接进行采样，会导致采样数据误差很大。采样完成后给cs管脚拉至高电平，停止采样，返回数值。接着进行下一组数据的采样。主程序流程图如图7所示。
3 系统测试
液晶模块的硬件电路接好后，接通电源，调节与lcd连接的电位器，使液晶显示亮度适中，显示结果与预期结果相同，液晶模块测试正常。开启电源，pt100开始测温，利用水银温度计做参考，计算pt100温度测量误差。pt100温度测量结果如表1所示。
由于设计的温度计精度只有1℃，所以小数点后的温度值都为0，经过测试计算，温度测量的平均误差为2.5%。
4 结束语
系统可以用于高温环境中，测温准确、操作方便、成本低廉，有较高的实用性。还可以经过改善做成无线收发系统，成为远距离测温控制系统。
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1.1 电源电路
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tl431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从verf 2.5～36 v范围内的任何值。在本文中用作桥式测温电路的参考电压，还具有多种应用，例如：分流校准器、串联校准器、开关校准器、电压参考等。
在t1431与电源引脚间加上一个100 ω电阻用于限流，地引脚端直接接地，电压输出2.5 v接到桥式测温电路作为基准电压，注意基准电压必须稳定，不然会影响测温准确性。
lm1117是具有稳定的电压输出的校准器，可以输出稳定的1.2 v，1.5 v，1.8 v，2.5 v，2.85 v，3.3 v，5 v等电压。设计中用lm1117稳压至3.3 v为a/d模数转换器、放大器提供稳定的电压保证。在电源和地引脚之间加上电容c4和c5用于去耦滤波。
intersil公司生产的icl7660是提供双电压的coms集成芯片，它在提供正负电压方面有独特的优势。icl7660可以提供+1.5～+10 v和-1.5～-10 v的正负电压。icl7660正输出电压vout+和负输出电压分别接入ina126电源的正负极。电源模块的电路原理如图2所示。
图2中vcc5是电源电压，经过lm1117芯片输出为3.3 v，为ina126(仪表放大器)、ads7816和icl7660供电。经过tl431输出2.490 v的电压，为桥式放大电路和ads7816提供稳定的基准电压。icl7660把+3.3 v转换为-3.3 v，为仪表放大器提供负电压。因为单片机和液晶显示器的工作电压范围广，所以vcc直接和总电源相连。
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因为pt100是模拟温度传感器，且温度测量范围广，所以设计采用ads7816，a/d电路图如图3所示。管脚vref接桥式测温电路的基准电压，管脚+in信号数据输入口接ina126运放的输出端，-in、gnd管脚分别接地。管脚cs片选端接单片机的p1.6口，低电平有效，当p1.6口置低电平时a/d选通，开始工作。管脚dout信号数据输出口接单片机的p1.5口，用于读取a/d转换后的数据。管脚lock时钟信号口接单片机的p1.4口，单片机p1.4口提供a/d连续时钟脉冲，保证a/d数据转换和读取的正常。管脚vcc接经lm1117稳定后的输出电压3.3 v。设计采用stc公司的89c52单片机作为核心，在系统中用89c52单片机来读取a/d转换数据并处理，然后控制液晶显示，是设计中所有器件的核心模块。
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1.4 pt100测温电路
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电桥的输入电压通过tl431稳压至2.5 v，经过测量得到电桥实际输入电压为2.49 v。电桥的4个桥臂中的一个桥臂采用电位器，因为通过调解电位器可以调整输入到运放的差分电压信号大小，设计中用此电位器来调整零点。
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