毕业设计(论文)-基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计

题目名称：基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计摘要：本系统由TL431精密基准电压，NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集，A/D和D/A转换，单片机STC89C51为核心的最小控制系统，LCD1602的显示电路等构成。温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。该系统能够测量范围为0~100℃，测量精度±1℃,并且能够记录24小时内每间隔30分钟温度值，并能够回调选定时刻的温度值，能计算并实时显示24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差，且有越限报警功能。由于采用两个水泥电阻作为控温元件，更有效的增加了温度控制功能。关键词：NTCTL431温度线性转换Abstract:ThesystemiscomposedofTL431asprecisevoltage,thetemperatureacauisitioncircuitwithNTCthermistors(MF-55),thetransformcircuitofA/DandD/A,thecoreoftheminimumcontrolsystemwithSTC89C51,1thedisplaycircuitusingLCD1602,etc.Getthetemperatureofthelineartransformationbythesoftwaremethod.Therangeofthemeasuresystemis0~100℃,measurementaccuracy+1℃.Itcanrecord24hoursofeachintervaltemperaturebyper30minutesselectedoftemperature.Thetimecanbecalculatedandreal-timedisplaywithin24hoursoftheaveragetemperature,maximumtemperatureandminimumtemperature,maximumvalue,andeachtemperaturesensorhasmoreallthewaylimitalarmfunction.Duetothetwocementresistanceastemperaturecontrolcomponents,themoreeffectiveincreasethetemperaturecontrolfunction.Keyword:NTCTL431temperaturelinearconversion2目录1方案设计与论证....................................................31.1整体设计方案比较和选择.....................................................................................32系统设计..........................................................52.1总体设计......................................................................................................................52.2各单元模块功能介绍及电路设计.......................................................................52.2.1学习板电路......................................................................................................52.2.2测温通道电路.................................................................................................72.2.3模数转换电路...................................................................................................82.3特殊器件的介绍.........................................................................................................83软件设计..........................................................93.1软件流程图............................................................................................................93.2线性转换处理--线性插值...............................................................................104系统测试.........................................................114.1测试方法..............................................................................................................114.2测试结果..............................................................................................................124.3结果分析...............................................................................................................145结论.............................................................14参考文献...........................................................14附录：.............................................................15附1：元器件明细表..............................................................................................................15附2：仪器设备清单..............................................................................................................15附3：电路图图纸..................................................................................................................16附4：程序清单......................................................................................................................1731方案设计与论证1.1整体设计方案比较和选择温度测量和控制系统，基于NTC热敏电阻的特性进行设计。当外界温度变化时，可以将温度值转换为电压值。电压值经过模数转换后送入单片机进行处理。当某路传感器温度超越设定的温度上下阀值时，即产生相应的声光报警信号并显示该传感器的温度值，直至温度回到门限内（要求具有1℃的回差）或通过控制键解除警报。后向通道通过水泥电阻作为控温元件，增加温度控制功能。最后将输出的数字信号经过D/A转换，变换为温度，最终经过LCD1602进行显示。NTC热敏电阻特点是在工作温度范围内电阻阻值随温度的上升而降低，可满足0℃～100℃测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，不适用于检测小于1℃的信号；而且线性度很差，不能直接用于A/D转换，应该用硬件或软件对其进行线性化补偿。该温度测控系统，需要前向通道（温度采集器和AD转换器），单片机控制系统和后向通道（温度控制系统）三部分组成。其中温度采集器部分有以下三种方案：方案1：采用NTC热敏电阻，恒流源（采用LM317L，内部提供1.2V的基准电压）和相电压跟随器运放构成（如图1所示）。方案优点：该方案硬件电路简单，电路电流值较小，焦耳热损耗很小，温度测量误差可以控制在很小的范围内。方案缺点：因为恒流源要提供毫安数量级的电流，但受电源变化的影响较大，故要求电源十分稳定，同时其输出精度不高。图1方案1系统设计框图方案2：采用恒压源、滑动变阻器和同相电压跟随器的运放电路构成（如图2所示）。方案优点：原理简单，电路简单；方案缺点：恒压源不能保证绝对的恒压，从而使温度测得不稳定。4图2方案2系统设计框图方案3：基于紧密稳压电源TL431作为恒压源，后接电桥电阻电路和三运放电路（如图3所示）。三运放的放大增益计算公式：1011576)1(RRRRRAV由于：6R=7R=30K;5R=20K;11R=10R=1K所以：VA最大可以放大约60倍。电桥中1R和2R的取值决定了输出电压的精确度，经过多次测量，所以该处取值都为20K。图3方案3系统设计框图方案选定：方案3方案论证：综上所述前面采用电桥方法可以减小由于恒压源输出电压的波动感的影响。后面采用差分放大，从而输出很稳定，能够满足系统设计的要求，所以选择方案3。5其中运放选OP07（零点漂移很小，类似于精密放大，虽然带宽不是很宽，但是在此处已经足够了），方案3中，R5用滑动变阻器，可以很方便的改变增益。同时又不影响电路的对称性。2系统设计2.1总体设计经过TL431精密稳压源输出2.5V电压给一个桥式电阻电路，由于NTC热敏电阻的特性，所以随着温度的变化，电阻值减少了，后面在接一个三运放电路将电压放大到所需要的电压值。输出的电压值经过8位A/D转换器ADC0804转换后，将数字信号经由单片机STC89C51进行处理，然后将这些值送由LCD1602进行显示（如图4所示）。D/ASTC89C51MCUA/Ddisplay温度采集模块水泥电阻控温模块前向通道后向通道图4系统总体方案2.2各单元模块功能介绍及电路设计2.2.1学习板电路学习板系统总体设计电路图（如图5所示）。6图5学习板系统总体设计图学习板上独立按键和矩阵按键的电路图（如图6所示）。图6键盘电路STC89C51单片机电路图（如图7所示）。LED数码显示器DA转换器蜂鸣器温度传感器EEPROM计算机USB通信接口电源键盘AD转换器LCD显示器LED流水灯MCUP2P3P1P07图7单片机电路2.2.2测温通道电路下图为前向通道的电源部分。中间有D1和D2两个发光二极管，用来指示电源是否正常供电，此外还加了两个大小电容的并联电路，起滤波作用（如图8所示）。图8前向通道电源电路控温电路，采用两个水泥电阻，更有效的对NTC热敏电阻进行控温操作（如图9所示）。图9控温电路82.2.3报警电路蜂鸣器电路，当温度超过限度是起报警作用（图10报警电路）。图10报警电路2.2.3模数转换电路前向通道中，当温度值转换为电压后，还需