基于铂热电阻的温度检测及报警电路设计

张粉祝 杨晓燕 蔡武德

摘 要：以AT89S51 单片机为控制核心、PT100 铂热电阻为温度信号采集元件、LCD1602液晶显示器为显示器件和ADC0832为A/D转换器，设计一个温度检测范围在0～600℃间可调整、报警温度上下限可任意预设的温度检测报警电路。

关键词：温度检测;报警电路;单片机;模数转换

1 绪论

温度是国际单位制七个基本的物理量之一，温度测量在工业和科学研究中得到广泛的应用。[1]本文利用单片机作为主控芯片，PT100作为温度传感器，ADC0832作为模数转换器，设计一个温度检报警电路。[2]使用者可根据需要，对身边不同环境温度进行测量，也可以设置温度报警上下限值，实现温度超限智能报警。

2 系统的总体设计

2.1 系统框图及电路原理

系统框图如图1所示，单片机为控制核心，包括温度信号的采集与放大电路，A/D转换电路，显示电路和报警电路等。

硬件电路如图2所示，①R13、R14、PT100和R15组成桥式电路，用于采集温度信号;②差动集成运放μA741与外围电路元件组成放大电路，对温度信号进行放大;③放大后的温度信号再经ADC0832进行A/D转换后，成为数字量送入单片机;④当单片机检测到温度高出或低于预先设置报警温度上下限值时，单片机将执行报警程序，实现时时报警（在本设计中，P3口的第6脚和第7脚输出高电平，此时Q1导通驱动蜂鸣器报警，Q2导通驱动装置做出处置反应）。

2.2温度信号的采集与放大电路设计

为减小PT100连接导线的电阻对测温影响，电阻R13和R15的电阻值远大于热电阻PT100和R14的电阻值。因而连接导线的电阻可以忽略不计，这样可以获得近似恒流法的线性输出电压U i1 和U i2。显然U i2 与铂热电阻PT100存在线性关系，PT100与温度存在线性关系，所以U i2 也将与温度T存在线性关系，由集成运放的特性可知：Uo=AuU i2  Ui1 （1）

Au为运算放大电路的电压放大倍数。可见U 0 与U i2 存在线性关系（U i1 值基本保持不变），所以其与温度也将存在线性关系，其经A/D转换后，成为含温度信息的数字量。

2.3 模数转换电路设计及温度的计算公式

ADC0832有8位分辨率，逐次逼近型，基准电压为5V，输入模拟信号电压范围为0～5V。当输入电压 Uo =0时，转换后的数字量D=0x00;而当 Uo =5时，转换后的值D=0xFF，即十进制数255。所以转换后的数字量D与输入的模拟电压存在如下关系：D=2555·Uo=51·U0（2）

实验拟合可得：0～100℃时，数字量D与温度t的关系，如式（3）所示：t=20D+110D51（3）

同理可得：0～600℃时，數字量D与温度t的关系，如式（4）所示：t=123D+D551-5（4）

3 程序设计流程

本系统程序设计主要分为三个部分，主程序流程如图3所示;ADC0832模数转换程序流程如图4所示;LCD1602液晶显示程序流程如图5所示。

4 测试结果

报警预设低于10℃报警和高于50℃报警，图6中显示温度为24.5℃，此时蜂鸣器未发出警报声。用铂热电阻加温度，图7显示温度为55.8℃，大于50℃预设值，此时蜂鸣器发出连续不断的报警声。

经测试，该电路已达到设计要求。在实际应用中，不仅可以将该电路中的PT100铂热电阻放置到不同的环境中进行温度测量，也可以根据需要，设置温度报警上下限值，实现温度超限智能报警。

参考文献：

[1]廖伯琴.高中物理课程结构及其功能探索——从2003版到2017版高中物理课标的变化[J].物理与工程，2018，28（03）：23 28.

[2]刘意，王午鑫.基于MSP430的三线制Pt100测温系统设计与实现[J].传感器与微系统，2019，38（03）：81 84.