王仁忠

【摘 要】基于串口通信和MSComm控件原理，介紹以STC12C5A16S2單片機(jī)為核心的微控制器及PT100作為溫度傳感器作為主要硬件，下位機(jī)程序采用單片機(jī)C語言編寫，上位機(jī)溫度監(jiān)控軟件采用VB 6.0編寫，設(shè)計(jì)完成了高精度、響應(yīng)快、寬量程溫度采集系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】串口通信；PT100；單片機(jī)；C語言；溫度采集；VB6.0

在動(dòng)力工程中，利用熱電阻作為傳感器最為廣泛，研究此類課題，對(duì)當(dāng)下工、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有著重要意義。熱電阻的主體實(shí)際由兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體一端焊接在一起而成，構(gòu)造簡(jiǎn)單。由于其在測(cè)溫時(shí)它與被測(cè)物體直接接觸不受中間介質(zhì)的影響，所以在工業(yè)溫度測(cè)量有較高的準(zhǔn)確性。

1.溫度采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用LM2576作為5V電源穩(wěn)壓模塊，PT100鉑熱電偶作為溫度傳感器，硬件PT100兩端的電壓經(jīng)過LM358放大，送入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過單片機(jī)串口發(fā)送到上位機(jī)顯示溫度數(shù)值。系統(tǒng)框圖如圖1.1所示：

1.1恒流源、5V電源電路設(shè)計(jì)

測(cè)溫原理基本原理為通過運(yùn)放U1A將基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換為恒流源，電流流過Pt100時(shí)在其上產(chǎn)生壓降，再通過運(yùn)算放大U1B將該微弱壓降信號(hào)放大，即輸出期望的電壓信號(hào)。

5V電源電路其主控芯片為L(zhǎng)M2576-5.0，LM2576系列的穩(wěn)壓器是單片集成電路，能提供降壓開關(guān)穩(wěn)壓器（buck）的各種功能，能驅(qū)動(dòng)3A的負(fù)載，有優(yōu)異的線性和負(fù)載調(diào)整能力。220V電源經(jīng)降壓變壓器降壓，然后通過2W08模塊進(jìn)行整流，再輸入到LM2576穩(wěn)壓模塊，通過其與外部電感、電容、快速通斷二極管IN5822構(gòu)成反饋回路，從而達(dá)到降壓穩(wěn)壓的效果。主要電路原理圖如圖1.1所示：

圖1.2 5V電源產(chǎn)生電路原理圖

1.2信號(hào)放大處理電路設(shè)計(jì)

首先5V直流電源經(jīng)過TL431進(jìn)行調(diào)壓，調(diào)節(jié)電壓到3V，輸入到LM358，從而根據(jù)電路產(chǎn)生1mA的穩(wěn)定的直流電流，讓其流過PT100，當(dāng)周圍的溫度發(fā)生變化，Pt100的電阻值就會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)周圍溫度為0℃的時(shí)候，按附錄一可知其電阻值為100，那么PT100兩端的電壓就為，此電壓再經(jīng)過LM358構(gòu)成的放大電路放大10倍，輸入到單片機(jī)A/D輸入口，最后單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。依次原理，周圍溫度變化，PT100的電阻值發(fā)生變化，兩端電壓差也隨之變化，從而使輸入的模擬電壓發(fā)生變化，經(jīng)過單片機(jī)程序的處理分析，就能得到相對(duì)應(yīng)的溫度值。信號(hào)采集放大電路如圖1.3所示：

圖 1.3 信號(hào)采集放大電路原理圖

2.軟件設(shè)計(jì)

STC12C5A16S2單片機(jī)，其自帶A/D轉(zhuǎn)換口P1（P1.7-P1.0），具有八路十位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)250KHz（25萬次/秒）。八路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測(cè)、按鍵掃描、電池電壓檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，其中我們可以很容易的通過軟件設(shè)置八路中的任何一路為A/D轉(zhuǎn)換口，不做A/D口使用的也可做普通的I/O口使用。

當(dāng)PT100周圍溫度為0℃時(shí)，其阻值為100；當(dāng)周圍溫度為600℃，其阻值為313.71。周圍溫度每增加0.1℃時(shí)，PT100基本增加0.32-0.39，平均值為0.356。輸入單片機(jī)的電壓變化范圍為1V-3.13V，單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)為10位。

上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。

2.1上位機(jī)通信驅(qū)動(dòng)方式選擇

VB編程語言中MSComm控件提供了兩種處理通信的方式：一種稱為事件驅(qū)動(dòng)方式，此方式相當(dāng)于我們?cè)谝话愠绦蛟O(shè)計(jì)中的中斷方式（如51單片機(jī)中的幾種中斷方式）。當(dāng)串口發(fā)生事件或錯(cuò)誤時(shí)，MSComm控件就會(huì)產(chǎn)生OnComm事件，用戶程序可以捕獲該事件，從而進(jìn)行相應(yīng)處理。另一種稱為查詢方式，在用戶在程序中設(shè)計(jì)定時(shí)或不定時(shí)查詢 MSComm控件的某些特定屬性是否發(fā)生變化，從而確定相應(yīng)處理。在程序空閑時(shí)間較多時(shí)可以采用該方式。本次設(shè)置使用事件驅(qū)動(dòng)方式來處理和解決各類通信軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)問題，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。

2.2軟件運(yùn)行效果圖

圖 2.1 上位機(jī)軟件運(yùn)行效果圖

3.總結(jié)

本次設(shè)計(jì)通過模擬電路產(chǎn)生4.96V恒定直流電壓源，LM358與其他元件產(chǎn)生基本恒定直流源，上位機(jī)與下位機(jī)能很好聯(lián)機(jī)通信，采集溫度范圍廣，但也存在一定的誤差，也存在其他一些問題需要進(jìn)一步研究解決。

對(duì)于溫度測(cè)量精度要求較高的，本系統(tǒng)存在一定的誤差，在縮小誤差方面，以后可考慮：

（1）采用獨(dú)立高精度的A/D轉(zhuǎn)換芯片（如ICL7135）。

（2）采用與PT100相反特性的非線性元件作為補(bǔ)償元件。

（3）使用高次方程做擬合等方法。

通過運(yùn)算放大電路產(chǎn)生的恒流源電路，存在一定的干擾信號(hào)，恒流源不太穩(wěn)定。在今后的研究學(xué)習(xí)中，可以考慮采用（下轉(zhuǎn)第50頁(yè)）（上接第13頁(yè)）OP07設(shè)計(jì)電路或增加放大電路的級(jí)數(shù)，從而減少誤差。同時(shí)當(dāng)溫度波動(dòng)比較大時(shí)，也可將運(yùn)放的供電改為 15V雙電源供電。

對(duì)于軟件設(shè)計(jì)，加入一定軟件溫度補(bǔ)償程序或采用分段轉(zhuǎn)化的思想使測(cè)量的溫度更加接近實(shí)際值。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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