課題一NTC熱敏電阻的溫度測量和控制系統(tǒng)

2011年暑期電子設(shè)計(jì)大賽課題一

基于NTC熱敏電阻的溫度測量與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

學(xué)生姓名杜衡、向奇林、劉露平院系名稱物理與電子工程學(xué)院專業(yè)名稱電子信息工程班級2008級六班指導(dǎo)老師完成時(shí)間

基于NTC熱敏電阻的溫度測量與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

學(xué)生姓名：杜恒、向奇林、劉路平 指導(dǎo)老師：

內(nèi)容摘要：

本文敘述了用單片機(jī)作為控制器，用NTC熱敏電阻制作的溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度變化到電壓變化后通過儀用放大器放大后通過AD轉(zhuǎn)換再將數(shù)據(jù)送給單片機(jī)處理后用LED顯示出來實(shí)現(xiàn)溫度測量，并可利用單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)聲和八個(gè)發(fā)光二極管亮滅來實(shí)現(xiàn)報(bào)警，同時(shí)還可以通過單片機(jī)控制水泥電阻給熱敏電阻加熱來實(shí)現(xiàn)溫度控制的溫度測量和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)使用單片機(jī)開發(fā)板作為控制系統(tǒng)，而將溫度傳感器和加熱器制作在單獨(dú)一塊板子上，工作時(shí)將兩塊板子連接起來使用。由于單片機(jī)開發(fā)板上已經(jīng)有了按鍵、LED數(shù)碼管、蜂鳴器以及AD等，因此可以完全滿足控制系統(tǒng)的需求。單片機(jī)可以用USB供電，而另外一塊板子可以用實(shí)驗(yàn)室的直流電源作為供電系。

本文最后附帶了該系統(tǒng)的c51程序，可以方便其他人員閱讀以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，使系統(tǒng)功能更加完善。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)能夠?qū)嶒?yàn)溫度的測量、溫度報(bào)警、溫度查詢、溫度的控制等功能，完全滿足該課題的基本要求和擴(kuò)展要求。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)、NTC溫度傳感器、水泥電阻加熱器

緒論3

方案設(shè)計(jì)4

理論分析4

系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)及其原理概述原理圖5

系統(tǒng)各個(gè)模塊的方案論證與設(shè)計(jì)6

系統(tǒng)溫度采集電路的設(shè)計(jì)6

信號調(diào)理電路的原理與設(shè)計(jì)6

溫度控制電路的設(shè)計(jì)8

脈寬調(diào)制的基本原理簡介8

溫度控制電路的原理與電路的設(shè)計(jì)8

報(bào)警電路的設(shè)計(jì)9

報(bào)警電路的原理與電路的設(shè)計(jì)9

控制電路的原理與設(shè)計(jì)10

AD0804的采樣原理及與單片機(jī)的連接方法10

LED顯示電路的原理及與單片機(jī)的連接方法10

簡易鍵盤的掃描原理及與單片機(jī)的連接方法11

系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)12

測試數(shù)據(jù)的性化處理12

系統(tǒng)流程圖12

系統(tǒng)性能測試與分析測試15

測試儀器與設(shè)備15

測試方案與結(jié)果15

結(jié)論16

致謝16

參考文獻(xiàn)16

附錄17

緒論

隨著時(shí)代的進(jìn)步，溫度計(jì)在日常生產(chǎn)生活和工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，簡單的溫度計(jì)能夠滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活需要，但在一些工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域不僅要求能準(zhǔn)確測量溫度并且要求能夠進(jìn)行溫度報(bào)警和溫度的控制，因此在簡單的溫度計(jì)往往不能滿足人們的要求。利用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的NTC溫敏電阻溫度測量和控制系統(tǒng)更能符合工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的需求。該系統(tǒng)不能能進(jìn)行溫度的測量并且將溫度通過LED數(shù)碼管顯示出來使讀取更加方便，該系統(tǒng)還能設(shè)定溫度上下限實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，并且該系統(tǒng)還能對溫度進(jìn)行控制，因此在使用和功能上都比傳統(tǒng)的溫度計(jì)優(yōu)越。該系統(tǒng)可以用在需要對溫度要求比較精密的環(huán)境中，可以利用該系統(tǒng)的精確溫度測量、報(bào)警和溫度控制功能來保證生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行。

方案設(shè)計(jì)

理論分析

根據(jù)任務(wù)要求，要求制作一個(gè)基于NTC熱敏電阻的溫度測量和控制系統(tǒng)。測量范圍為0-100攝氏度。測量精度為+—1攝氏度，能夠記錄24小時(shí)內(nèi)每隔三十分鐘溫度值，并能夠用數(shù)碼管回調(diào)固定時(shí)刻的溫度值，能夠顯示24小時(shí)內(nèi)的溫度平均值、最大值、最小值、和最大溫差，具有報(bào)警功能當(dāng)溫度超過設(shè)定閾值時(shí)能夠報(bào)警(要求有1攝氏度的回差)。在擴(kuò)展部分要求制作一個(gè)溫度控制元件，能夠用LED顯示設(shè)定溫度值和實(shí)際測量值，設(shè)定溫度范圍為：40——60攝氏度。并要求采用適當(dāng)?shù)姆椒?#xff0c;當(dāng)設(shè)定溫度或者環(huán)境溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量，溫度控制的靜態(tài)誤差<=0.2攝氏度。

分析任務(wù)要求，該系統(tǒng)要用NTC溫敏電阻作為測溫元件，NTC熱敏電阻是一種負(fù)溫度特性的熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化曲線如下所示：

圖表 1

由圖可知，NTC的阻值隨溫度的上升而下降，其阻值和溫度呈非線性特性，因此必須采用一定的方法對曲線進(jìn)行線性化處理。其測量原理是利用通過測量其阻值，通過其溫度特性曲線便可求的環(huán)境溫度。但因?yàn)闇囟炔槐阌跍y量且不便于其他電路處理。通常是將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化通過測量電壓變化測得溫度的變化。

由于采集到的電壓信號是模擬信號，不能被數(shù)字系統(tǒng)處理，因此必須通過AD轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。一般AD轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓要求為2.5v，而采集到的電壓信號很微弱，必需經(jīng)過放大后才能送給AD轉(zhuǎn)換器，因此在系統(tǒng)中還必須有信號放大的信號調(diào)理電路。

該系統(tǒng)要求具有報(bào)警和控溫功能，因此必須有報(bào)警裝置和控溫元件，報(bào)警裝置可以蜂鳴器和發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)。而控溫可以制作一個(gè)加熱器作為控溫元件，系統(tǒng)要求能采用適當(dāng)?shù)姆椒▉?/p>

總結(jié)

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