数据采集与分析技术大作业

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1、a.1*f作业设计报告课程：数据采集与分析技术题目：用PT100完成一个温度显示仪表的系统设计班级：学号：学生姓名：指导教师：日期：一.设计思想一、实验要求:用PT100完成一个温度显示仪表的系统设计，要求为:1、测温范围为・20°C〜200°Co2、精度为显示小数点后一位。3、在算法上要求利用分段插值方法。4、对测得的温度数据进行平滑处理。二、实验器材:实验需用到PT100电桥采集电路，仪用放大器INA114,LPF、差分电路,A/D转换器ADC0809,单片机89C51,CH451数码管显示。三、实验内容:利用单片机对温度传感器采集到的温度数据及吋

2、采样，并在数码管上显示。rtlPT100和10K电阻组成电桥采集电路，将采集信号传送给仪用放人器放大，然后将放大的信号经过差分电路进行二级放大，由于放大倍数的因素需对二级放大加入补偿，然后进行A/D转换，最后将数字量传送给单片机。1、测温范围要求在・20°C到200°C的区间内实验初始时，需测定一些作为控制测温范围的数据。将PT100放入一个具有真空装置的温度调控箱内。分别设置温度为・20°C和200°C,利用推导出的温度与屯桥采集电路的输入电压的函数关系式，确定屯桥的输出电压，从而确定传入仪用放大器的电压范围。利用CD4051控制模拟信号的电压范围。

3、CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有A、B和C三个二进制控制输入端以及INH共4个输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5〜20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V,VSS=0,VEE二13.5V,则0〜5V的数字信号可控制・13.5〜4.5V的模拟信号。2、精度为显示小数点后一位选取4位数码管显示器，第三个数码管显示数据同吋显示小数点。采用人机接口屯路设计。它主要由四位一体数码显示管、4*4矩阵键盘和CH451芯片构成，用于实现系统的温度显示。在该人机接口电路的设计屮，CH451为该模块电路的核心器件

4、，功能相对完善。CH451能有效的将采集到的温度值通过数码管进行实吋显示。3、算法上的要求利用线性分段插值的方法求得PT100电阻值与温度的函数关系式通过实验初始时，利用真空的温度调控箱，从・20°C到200°C,每10°C为一个区间，利用电桥采集电路，求出RptlOO的电阻值。（参看表1）将温度与电阻值输入Matlab软件，观察两者的函数关系约为线性关系（如图1所示）。温度（°C）Rpt100（Q）温度（°C）Rpt100（Q）-2092.2100138.5-1096.1110142.30100.0120146.110103.9130149.8201

5、07.8140153.630111.7150157.340115.5160161.150119.4170164.860123.2180168.570127.1190172.280130.9200175.990134.7表1：PT100电阻值与温度对应关系图1：PT100电阻随温度变化曲线利用线性分段插值的方法，求得PT1OO电阻值与温度的函数关系式。4、温度的平滑处理对于求得的温度值，可采用多次测量求平均值的方法进行平滑。首先对多个数据值中突变的峰值或噪声进行过滤，利用弟分运算。然后求平均值。利用DA5605数模转换，输出电压与后测量电圧模拟数据进行差

6、分运算，得到噪声干扰较小的模拟数据量。二、原理图：A/D转换原理图（图2）如下：图2：ADC0809A/D转换原理图三.算法实现：1、电桥采集电路设计原理与计算推导PT100温度传感器0°C时电阻值为100Q,电阻变化率为0.3851Q/°Co由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差。钳电阻信号通常通过桥式电路转换为电压信号，再经过放大及A/D转换后送微处理器进行处理。按照PT100的测量参数，其在・20°C到200°C的区间内，电阻值为92.2Q到175.9Q。可以计算从・20°C到200°C,

7、每隔20°C为一•段的输出电压值。在温度的每小段内，PT100阻值大致可看成线性关系，可根据比例求出。通过分段插值法，求出所测的温度数据值。电桥采集电路的原理为：PT100引出的三根导线截面积和长度均相同（即rl=r2=r3）,测量钳电阻的电路-般是不平衡电桥，钳电阻（RptlOO）作为屯桥的一个桥臂屯阻，将导线一根（rl）接到电桥的电源端，其余两根（「2r3）分别接到钳电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻值的引线屯阻，电桥处于平衡状态，引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响。原理图（图3）为：RptlOO图3：PT100电桥法

8、采集电路原理图貝体推导为：当R1X(Rx+r2+r3)=R2X(Rptl00+r2+rl)；电