基于MSP430温度传感器为PT100的温度测量与控制

评阅成绩

2012年湖南省大学生电子设计竞赛设计报告

（题号： A ）

竞赛题名称： 温度的测量和控制

参赛队编号： 25150

评阅人签名：

2012年8月27日

竞赛题名称： 温度的测量和控制

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1、设计思路

方案一：采用单片机Msp430g2553内部的比较器测量电阻，此方案充分利用了单片机的内部资源，发挥了它的优势，但考虑精度要求，故不采用此方案。

方案二：采用555时基电路，由公式T=0，693（Ra+2Rb）C，可知当Ra，C不变时且用PT100温度传感器代替Rb，即可得到f与PT100温度变化的关系，由于做了好几次公式转化，存在很大的误差并且软件校正过程繁琐，故不采用此方案。

方案三：采用恒流源式测温电路，设计一个恒流源通过Pt100 热电阻，电流流过Pt100时在其上产生压降，再经过差动放大电路放大，但是恒流源设计比较麻烦且存在不恒流的问题，达不到精度要求，故不采用此方案。

方案四：采用惠斯顿电桥测温电路，当Pt100 的电阻值和R13是的电阻值不相等时，电桥输出一个毫伏级的压差信号，这压差经过差动放大电路放大到输出期望大小的电压信号，该信号可直接通过Msp430g2553单片机内部AD采样，通过前面几种方案的比较，此方法误差小，满足精度要求，故采用此方案。 系统框图如图 1 所示。

LCD5110Pt100温度传感键盘 Msp430单片机系统 桥式电路 仪表放大电压测量 PWM控制波形输出 图1 系统框图

2、硬件电路图

图2 信号采集与处理

1

图3 电源滤波

图4 功率控制

图5 指示部分 图6 电压检测

3、算法数学描述 （1）电桥关系式

如图2，已知PT100允通电流<5mA,取中间值2.5mA，选用5V的电源，则

2

R4//R8=R5//R7=5V/2.5mA=2K,根据实际取R4、R5、R7、R8为4.7K。根据题目要求，温度范围30-80度和发挥部分，我们把温度定在30-100度，再根据PT100分度表，PT100的电阻范围大约为110到138ohm，所以R13取110ohm。 则电桥的输出电压和PT100电阻RL的关系为

LR0UoUiRRUiRLRR0 （1）

（2）仪用放大部分

当PT100为138ohm，时，电桥输出最大电压为

LmaxR053.4mv UMAXUiRRUiRLmaxRR0单片机的采样最高电压为3.6V,所以后面的仪用放大器应的放大倍数为 Uadmax3600mvAu68

UMAX53.4mv根据INA128的参数可得电阻R12的阻值为

50000R12746

681（3）总个系统温度和AD采样值的关系

温度和PT100电阻值的关系可以通过资料得

R100(13.90802103T)

将上式代入（1）式并代入数值可得一个最终公式

22908182463Uad T111662.50.39Uad4、软件流程图

开始初始化AD采样实际温度键盘设定PID算法液晶显示数据

测电源电压定时器液晶显示曲线3

PWM控制

5、测试方法描述

（1）对仪用放大部分的测试

把PT100用一个200ohm的精密可调电阻代替，调节此电阻，使电桥输出5mv、10mv、15mv……50mv，并记录数据。 （2）对总个系统的测试

总个系统的测试要记录AD采样值与万用表实测温度，得到一个曲线图，再和公式值去比较和修正。

特别要注意的是温度传感器PT100和万用表的传感器有结构的区别，俩个对温度的反应时间是不同的，一定要创造一个稳定的温度环境使两个传感器核心温度相同时，测得的数据才是有效的。 6、测试数据

（1）放大部分数据(放大68倍) 电桥输出电压（mv） 放大输出（mv） 理论值（mv） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 345 688 1023 1361 1710 2038 2380 2727 3065 3409 340 680 1020 1360 1700 2040 2380 2720 3060 3400 （2）总个系统的测试数据

AD采样（mv） 公式温度 修正公式温度 实测温度 27.8 35.4 40.1 45.1 49.7 54.5 59.8 64.4 69.1 79.5 87.5 89.4 94.4 98.5 626 924 1122 1319 1509 1707 1911 2101 2295 2693 2884 3077 3275 3458 34.4 41.1 45.4 49.8 54.1 58.5 63.1 67.4 71.7 80.7 84.9 89.3 93.8 97.9 27.7 35.4 40.2 45.1 49.6 54.5 59.8 64.2 69.0 79.4 87.5 89.4 94.3 98.3

7、数据分析与结论

从放大部分所测得数据可以看出，放大部分基本和理论值相对应，有些误差可能的来源有：仪用放大器本身的误差、人工测量误差、万用表的误差等。

从总个系统的测试数据看，特别是看附表的曲线图，实际和理论有比较大的误差，这个是无法避免的，通过人为的修改后，取得了很好的效果。

总而言之，本系统实现了题目的基本要求的全部、发挥部分的大部！

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附表：

参赛队编号： 25150

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