基于AW60的温度采集系统的设计与实现.pdf

30卷第2期苏州大学学报(工科版)Vol130No.22010年4月JOURNALOFSUZHOUUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)Apr.2010文章编号:1673-047X(2010)-02-0006-06基于AW60的温度采集系统的设计与实现孟德军1,林志贵2,钟晴晴2(1.天津工业大学信息与通信工程学院,天津300160;2.天津工业大学电气工程与自动化学院,天津300160)摘要:介绍基于AW60设计的一个温度采集系统。该系统由基于PT100铂热电阻的温度采集电路、电桥电路、放大电路及AW60最小系统组成。电桥电路的作用是对采集信号进行校正,而基于TL062芯片的放大电路是对校正信号放大,这样可以消除由于PT100引线电阻差所带来的误差,还可以将采集的信号进行放大以克服信号变化范围小的缺点。本次设计利用AW60集成的AD转换接口进行硬件设计,同时也给出软件设计、测试结果及设计过程中的体会,对基于Freescale公司生产的8位MCU系列的温度采集系统设计有重要的指导意义。关键词:PT100;温度采集;AW60;电桥电路中图分类号:TP217文献标识码:A0引言无论在工业、农业、科学研究、国防还是在人们日常生活的各个方面,温度测量和控制都是极为重要的课题[1]。温度测量系统在单片机系统设计中应用广泛,根据单片机系统设计要求的不同,温度测量系统的设计也有所不同,有采用集成芯片的,也有采用恒流源器件和恒压源器件的[2]。目前,温度测量系统中,首选PT100铂热电阻作为温度信号采集元件。该温度传感器测量范围比较广,价格比较低廉,应用简单,在许多工业生产中已经得到了广泛的应用。单片机的选择是温度采集系统设计的重要部分之一。采用PT100传感器采集到温度信号为模拟信号,而单片机处理的是数字信号,所以必须先将这个模拟信号转换成数字信号,然后再由MCU处理。转化模拟信号为数字信号(即AD转换)的方法目前主要有两种形式:一是通过单独的AD转换芯片;二是通过MCU内部集成的AD转换接口。前者设计比较灵活、方便,后者受MCU本身的限制,但稳定性好于前者并且电路简单,需要电路板的板面小。本次设计采用后者,其使用的是飞思卡尔公司生产的AW60微控制器。AW60是8位机,晶振频率为48MHz,通过内部锁相环,使总线频率达到20MHz,并且自带28个AD转换通道,可以选择10位或是8位的数据转换精度,足可以满足一般工业上对温度采集精度的要求。该芯片具有低功耗工作模式(具体见AW60使用手册),这使得在不进行温度采集时,系统处于等待模式,降低功耗。1总体设计PT100铂热电阻的阻值随着温度的变化而变化,利用这一特点采集温度信号,将采集到的信号转换成电压信号,再经过AD转换成数字信号并由单片机系统读取;单片机系统把读取到的数字信号进行识别处理,并换算成与温度对应的数字信号,最后再由液晶显示器显示输出温度值。但是在设计过程中会出现一个比较大的问题,由于PT100所测量的物体温度每变化一度,PT100的阻值变化0.39Ω,所以仅仅是直接将其与一个收稿日期:2009-09-16作者简介:孟德军(1985-),男,硕士研究生,主要研究方向为嵌入式系统应用。基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号60602036)。第2期孟德军,林志贵,钟晴晴:基于AW60的温度采集系统的设计与实现7分压电阻串联起来然后采集热电阻的电压值,会导致测量温度的精确度差。如果串联一个500Ω的电阻,通过上述方法采集温度,那么这个温度采集系统采集温度的精确度只有2℃。所以在采集出电压信号之后,增加一个运算放大电路是非常必要的。也正是由于PT100的阻值变化小,所以传感器本身两根引线的电阻差也会对测量的精确度造成影响,为了消除这种误差可采用电桥电路,通过选择合适的电阻来使整个测量系统具有很高的精确度。通过以上的分析,得出该测量系统的几个硬件模块,其中包括传感器、电桥电路、运算放大器电路,最后是MCU的图1温度采集系统结构图AD转换接口。图1就是这几个部分连接的框图。2硬件设计硬件设计主要考虑的就是电桥电路的两个输出端的输出电压差值,运算放大器的放大倍数乘积满足MCUAD转换输入电压的范围。在这里AW60中的AD转换引脚输入电压的范围是0～5V,所以温度的精确采集所满足的条件是:电压差值×放大倍数≤5V。图2就是本次设计所采用的电桥电路。上图中Temp为三线PT100的三个引脚连接端子,J为电位26器,可以通过调节电位器的电阻来确定该电路所测量的最低温度值。根据电桥原理,在电桥平衡时候,两个输出端(信号输出端口1,信号输出端口2)的电压差为零。所以根据这一原理可以进行最低测量温度调整,根据PT100使用分度表,当被测物体图2电桥电路的温度为0℃时,