CN105628244A - 一种基于Pt100新型高精度测温电路 - Google Patents
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Abstract
一种基于Pt100新型高精度测温电路。本发明在Pt100温度传感器的两端设计了两路恒流源，使电路的电流恒定，不易受到电路中电流波动的干扰；然后设计了二级放大电路，对Pt100采集到的信号进行放大，又在每一级放大电路中加入了恒压源，为电路提供稳定的参考电压；本发明具有测温精度高、性能温度、误差满足实际要求，系统运行稳定可靠。其中包括双路恒流源模块、Pt100温度传感器、二级放大电路、主控芯片、JTAG下载模块、显示模块；其结构要点是：所述双路恒流源模块的输出连接Pt100温度传感器的输入，Pt100温度传感器的输出连接二级放大电路，二级放大电路的输出连接主控芯片的一个输入端；所述主控芯片的另一输入端连接JIAG模块，所述主控芯片的一个输出端连接显示模块。
Description
技术领域
本发明应用在工农业、国防、航天和科研等许多领域，具体地涉及一种基于Pt100新型高精度测温电路。
背景技术
在工农业、国防、航天和科研等许多领域，温度测量一直都起着举足轻重的作用。传统的温度测量仪器响应慢、精度低、可靠性差、效率低，已经不能适应现代化工业的需求。随着传感器技术和电子测量技术的发展，以单片机为主的测温系统已广泛应用于生活的各个方面。
Pt100是用很细的铂丝绕在云母支架上制成，是国际公认的高精度测温标准传感器。因为铂电阻在氧化性介质中，甚至高温下其物理、化学性质都非常稳定，因此它具有精度高、稳定性好、性能可靠的特点。因此铂电阻可以在-200～650℃范围内得到广泛应用。Pt100是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应的温度。因此基于Pt100温度传感器的高精度测温电路在工业中得到广泛应用。
但是，目前的Pt100温度传感器在许多测温电路设计中的测量效率低下，为了提高Pt100温度传感器测温的准确性，新型的高精度测温的出现是很有价值的。
发明内容
本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种基于Pt100新型高精度测温电路；本发明在Pt100温度传感器的两端设计了两路恒流源，使电路的电流恒定，不易受到电路中电流波动的干扰；然后设计了二级放大电路，对Pt100采集到的信号进行放大，又在每一级放大电路中加入了恒压源，为电路提供稳定的参考电压；本发明具有测温精度高、性能温度、误差满足实际要求，系统运行稳定可靠。
为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明一种基于Pt100新型高精度测温电路，由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分包括双路恒流源模块、Pt100温度传感器、二级放大电路、主控芯片、JTAG下载模块、显示模块；其结构要点是：所述双路恒流源模块的输出连接Pt100温度传感器的输入，Pt100温度传感器的输出连接二级放大电路，二级放大电路的输出连接主控芯片的一个输入端；所述主控芯片的另一输入端连接JIAG模块，所述主控芯片的一个输出端连接显示模块。
作为本发明的一种优选方案，所述主控芯片采用AVR系列的Atmega16，所述Atmega16自身设置有JTAG接口、8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC、可编程看门狗定时器、一个SPI串行端口。
作为本发明的另一种优选方案，所述双路恒流源模块采用集成运放LM324AD构成，其中所述双路恒流源模块的基准电压由TL431的参考电压输出端进行提供。
作为本发明的另一种优选方案，所述二级放大电路采用比例差分放大电路和比例放大电路构成；其中所述比例差分放大电路加入恒压源TL431作为参考电压的提供，所述比例放大电路加入恒压源LM4040作为参考电压的提供。
另外，本发明所述软件部分包括滤波算法和二分查找算法；其中所述滤波算法是通过软件算法对得到的数据进行处理，从而屏蔽掉噪声和干扰杂波信号等，从而获得可用的真实数据，也就是通过程序处理的方式完成数据采集信号的处理，因而可靠性高、稳定性好，而且不存在阻抗匹配问题；所述二分查找法具有比较次数少，查找速度快，平均性能好的优点，更适用于不经常变动而查找频繁的有序列表，由于Pt100温度传感器在温度变化时，电阻的变化并不是线性的，因此本发明采用二分查找的方法来计算温度。
本发明的有益效果是。
本发明提供一种基于Pt100新型的具有高精度测温的电路；其中硬件电路中首先在Pt100温度传感器的两端设计了两路恒流源，使电路的电流恒定，不易受到电路中电流波动的干扰；然后设计了二级放大电路，对Pt100采集到的信号进行放大，又在每一级放大电路中加入了恒压源，为电路提供稳定的参考电压。在软件设计中，首先通过A/D转换得到数字信号，然后使用防脉冲干扰平均滤波法，以滤掉产生的干扰信号，最后通过二分查找法计算得到所对应的温度值，并显示出来。
本发明给出了一种新的基于Pt100的测温方案，方案中采用Pt100温度传感器的三线制接法，消除了导线上的电阻对测量结果的影响，并用恒流源对初始信号进行调理补偿，提高了信号的稳定性，经过带有恒压源的二级电路放大、A/D转换，并用软件对数字信号进行滤波，最后采用二分查找法计算出温度，并显示。实际应用表明，本发明测温方案测温精度高、性能温度、误差满足实际要求，系统运行稳定可靠。
附图说明
图1是本发明一种基于Pt100新型高精度测温电路的总体框图。
图2是本发明一种基于Pt100新型高精度测温电路的系统总体流程图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明一种基于Pt100新型高精度测温电路的总体框图。其中，包括双路恒流源模块、Pt100温度传感器、二级放大电路、主控芯片、JTAG下载模块、显示模块；其结构要点是：所述双路恒流源模块的输出连接Pt100温度传感器的输入，Pt100温度传感器的输出连接二级放大电路，二级放大电路的输出连接主控芯片的一个输入端；所述主控芯片的另一输入端连接JIAG模块，所述主控芯片的一个输出端连接显示模块。
本发明所述主控芯片采用AVR系列的Atmega16，所述Atmega16自身设置有JTAG接口、8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC、可编程看门狗定时器、一个SPI串行端口。ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，具有丰富的指令集，16K字节的系统内可编程Flash，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器，这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
本发明所述双路恒流源模块采用集成运放LM324AD构成；其中基准电压由TL431的参考电压输出端进行提供。TL431是可控精密稳压源，是一种并联稳压集成电路，性能好、价格低，它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。两路恒流源分别连接在温度传感器Pt100的两端，将采集到的信号转换成标准的电压信号，第二个恒流源输出端使用的是2K的滑动变阻器，目的是可以调节电流的大小，使两路恒流源的大小相同。
所述二级放大电路采用比例差分放大电路和比例放大电路构成。其中第一级放大电路为比例差分放大电路，在第一级放大电路中加入了恒压源作为参考电压，使电路具有恒定的参考电压，恒压源的参考电压由TL431构成的电路提供；第二级放大电路为比例放大电路，使信号再次放大；在第二级放大电路中也加入了恒压源，为放大器提供恒定的参考电压值，恒压源采用LM404085组成的稳压电路提供稳定电压，LM4040具有温度范围宽，可调电压的输出模式，无需滤波电容即可输出高精度的参考电压。
另外，本发明所述软件部分包括滤波算法和二分查找算法；其中所述滤波算法是通过软件算法对得到的数据进行处理，从而屏蔽掉噪声和干扰杂波信号等，从而获得可用的真实数据，也就是通过程序处理的方式完成数据采集信号的处理，因而可靠性高、稳定性好，而且不存在阻抗匹配问题；所述二分查找法具有比较次数少，查找速度快，平均性能好的优点，更适用于不经常变动而查找频繁的有序列表，由于Pt100温度传感器在温度变化时，电阻的变化并不是线性的，因此本发明采用二分查找的方法来计算温度。
如图2所示，为本发明一种基于Pt100新型高精度测温电路的系统总体流程图。其中包括系统初始化、A/D转换、软件滤波、二分查找法计算温度、显示温度；程序首先对系统进行初始化，然后将放大电路传输来的数据进行A/D转换，存储A/D转换的数据，对软件存储的数据采用防脉冲干扰平均滤波法进行滤波，求取平均值，将得到的数据采用二分查找法计算出所对应的温度并显示出来。
Claims (4)
1.一种基于Pt100新型高精度测温电路，其中硬件部分包括双路恒流源模块、Pt100温度传感器、二级放大电路、主控芯片、JTAG下载模块、显示模块；其特征在于：所述双路恒流源模块的输出连接Pt100温度传感器的输入，Pt100温度传感器的输出连接二级放大电路，二级放大电路的输出连接主控芯片的一个输入端；所述主控芯片的另一输入端连接JIAG模块，所述主控芯片的一个输出端连接显示模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于Pt100新型高精度测温电路，其特征在于：所述主控芯片采用AVR系列的Atmega16，所述Atmega16自身设置有JTAG接口、8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC、可编程看门狗定时器、一个SPI串行端口。
3.根据权利要求1所述的一种基于Pt100新型高精度测温电路，其特征在于：所述双路恒流源模块采用集成运放LM324AD构成。
4.根据权利要求1所述的一种基于Pt100新型高精度测温电路，其特征在于：所述二级放大电路采用比例差分放大电路和比例放大电路构成。
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| CN201410622467.XA CN105628244A (zh) | 2014-11-07 | 2014-11-07 | 一种基于Pt100新型高精度测温电路 |
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Publications (1)
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN108742545A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-11-06 | 周欣荣 | 一种接触式实时眼表温度检测装置 |
| CN109341890A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-02-15 | 安徽鸿创新能源动力有限公司 | 一种基于ntc温度传感器的bms温度采集系统及测量方法 |
| CN112461397A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-09 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种油浸式变压器现场温度检测用电子温度计 |
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| CN109341890A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-02-15 | 安徽鸿创新能源动力有限公司 | 一种基于ntc温度传感器的bms温度采集系统及测量方法 |
| CN109341890B (zh) * | 2018-10-22 | 2021-05-14 | 安徽鸿创新能源动力有限公司 | 一种基于ntc温度传感器的bms温度采集系统及测量方法 |
| CN112461397A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-09 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种油浸式变压器现场温度检测用电子温度计 |
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