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以单片机为核心的温度检测仪的设计

发布时间:2020-06-30 17:46:12 阅读: 来源:电烤箱厂家

0 引言兰州大型的综合工程重离子加速器——冷却存储环(HIFRL-CSR)是国家科学重点工程之一,在其内部控制系统里存在着大量的测量温度的场合,这些场合依靠约束离子的行为发挥CSR主环中的磁场作用,在磁场中,这些带电粒子束有时处于聚焦状态,有时则处于传输状态,且磁场性能的好坏对束流品质有直接影响。由于磁铁的温度与磁场性能及安全密切相关。磁铁的线圈中通过电流时,会产生很高的温度,因此,对其温度的测量是一项非常重要的工作。以MSP430F149为核心的温度检测仪基于此要求进行设计,并投入使用,是一款成本低并且性能良好的测温仪。

1 温度测量原理1.1 温度测量的流程分析在该设计中,测温范围应控制在20~70℃范围内,且测温精度约为±1℃;当温度高于70℃时,则发出自动报警提示。目前,大多数温度监测系统精度较低,程序响应的时间都比较慢,仅能监测到8路。而在此设计中拟用8个开关进行模拟,这样就可以实现监测到64路。这样,在该电路中,可以主要测量其电桥温度,利用A/D转换器实行转换,仅需采取VCO和单片机接口即可实现。当温度信号发出时,选择Pt100传感器,其铂电阻的阻值会随着温度的变化而发生变化,并且会呈现一定的函数关系,Pt100传感器利用这一特点,实现测温功能。其中,温度与阻值之间的关系可表示为:1.2 温度测量的参数分析一般情况下,将温度测量控制在-200~+800℃,允许偏差为:A级±(0.15+0.002|t|),B级±(0.30+0.005|t|);其中,热电阻最小的置入深度不得低于2DO mm;响应时间控制在30 s范围内;允许通过的电流不大于5 mA。除此以外,温度传感器Pt100还具有稳定性能好、抗振动、测量准确性高、耐受高压的优点。Pt100温度传感器测量系统的流程图如图1所示。

2 温度测量系统的硬件模块在该设计中,主要采用由美国德州仪器公司生产的16位单片机——MSP430F149,它具有运行速度快、处理能力强、功耗低的优点,其工作时的电压为1.8~3.6 V。内部的CPU在运行过程中,会发出正交精简的指令集,通过寄存器可实现各种各样的运算,且具备一些中断源,可随意嵌套。如果系统处于省电状态,用于中断的请求和唤醒仅需要6μs。此外,MSP430F149还有很多片上外围模块,以12位A/D转换器为例,具备内部参考源,可保持采样进行并实现自动扫描等功能;在16位定时器TimerA中,共有四种工作模式,可以在实现多个捕获功能时发挥外部比较的功能;其中48个I/O口具备独立编程的能力,两个串行接口可实现USART0和USART1之间的通信;另外,在FLASH存储器中,最高存储容量约为60KB,可完成近10万次擦写。2.1 温度测量系统硬件模块的组成此系统硬件模块由数据采集单元、通信接口单元和键盘显示单元三个部分组成。2.2 温度测量系统硬件模块的工作原理2.2.1 数据采集在此没计中,桥式电路由Pt100传感器和电阻组成,能把Pt100由于温度变化而产生的阻值变化,转化为电压变化,并输入到运算放大器中,当信号被放大后,再进行A/D转换。由于现场应用的条件较恶劣,而测量过程中的精度要求较高,因此一部分已经放大的信号,可采取电压与频率之间的转换技术实现A/D转换,再将这种方法测量的数据输入到ROM表中,对MSP430F149中的A/D转换结果实行线性补偿。在桥式电路甲,导线电阻的连接可能产生测量误差,为了避免这种情况,可采取三线连接法。此外桥式测温电路中的电压波动现象,可能造成测量结果的误差,因此应采取+10V基准电压实现电桥电路的供电工作,以此加强对电桥电路中的电压波动限制。电桥电路如图2所示。

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