论文总字数：21460字

目 录

摘要 3

Abstract 4

1绪 论 5

1.1 研究背景以意义 5

1.2国内外研究现状 5

2 系统方案设计 6

2.1系统设计的任务和要求 6

2.2 系统总体电路框图以及工作原理 6

3系统硬件设计 7

3.1主控制器模块 7

3.2 多路四线制PT100测量方法 9

3.2.1多路测量 9

3.2.2 PT100传感器 10

3.2.3 PT100基本原理 10

3.2.4提高测量精度的方法 11

3.3 电流激励及A/D转换模块 12

3.3.1AD7793芯片 13

3.3.2AD7793的各引脚功能 13

3.4液晶显示模块 15

3.4.1液晶显示简要及原理 15

3.4.2LCD12864的引脚功能 15

3.5 存储模块 17

3.6 BLE蓝牙模块 18

3.6.1BLE蓝牙模块简介 18

3.6.2BLE蓝牙模块特点 18

3.6.3BLE蓝牙模块应用电路图以及管脚功能 19

3.7电源模块以及USB转串口 19

4 PCB绘制与单片机的程序设计 20

4.1PCB绘制 20

4.2单片机程序设计 20

4.2.1主函数块主要程序设计 20

4.2.2LCD12864模块主要程序设计 21

4.2.3AD7793模块主要程序设计 22

4.2.4串口主要程序设计 22

4.2.5延时子程序主要程序设计 23

5 焊接、检测、调试 24

5.1焊接 24

5.2 检测 24

5.3 调试 25

5.3.1调试方法以及步骤 25

5.3.2模块实物图、调试结果图 25

5.3.3实验室测试数据及误差 26

6 总结 27

参考文献 29

致谢 30

多路四线制铂电阻测温系统

陈辉

,China

Abstract:Temperature measurement is widely used in the fields of meteorological observation and industrial control. Common digital temperature sensor DHT75, 18B20 and so on the error in 0.5. In view of the problems of the sensor itself precision is low, two-wire measurement exist online resistance influence and the digital temperature sensor, this paper designs a PT100 platinum resistance as temperature sensor, the four wire measurement method of high precision temperature measurement system. The high precision 24 bit, a built-in constant current source and programmed amplifier ADC chip AD7793 as the core of, use AD7793 built-in 1mA current source to provide incentives, PT100 resistance quantity conversion into a voltage signal, AD7793 voltage acquisition of evacuation microcontroller processing, according to the function relationship between the resistance of platinum resistance and environment temperature, the temperature conversion value. Using LCD real-time display temperature value, and can be transmitted to the mobile phone and other mobile devices by Bluetooth module in a wireless way. System through the four wire measurement, high precision ADC and other methods to achieve the -40 degree to 120 degrees Celsius range of temperature measurement, the maximum allowable error of 0.2℃.

Keywords:four wire platinum resistance;STM32F407MCU;AD7793;Bluetooth

1绪 论

1.1 研究背景以意义

在现在的社会中，各种的气象要素都跟人类的生产生活息息相关，温度既是最常见的气象要素，又是对人们影响最大的。对温度的把握便是人类研究的重要课题。

从全球的角度来说，由于温室效应产生的全球变暖使得南北极的冰川消融，全球的厄尔尼诺现象越来越严重。我们必须正视这个问题。站在国家发展与社会前进的角度来说，农业、工业、第三产业、交通运输甚至是互联网行业都与温度息息相关。从我们个人的角度来讲，我们都希望生活在一个让我们舒适的温度之中，天气冷了，我们会添加衣服或者打开空调；反之，我们会适当的减去衣物，所以个人对温度的反馈是最具体最及时的。

如何来将温度具象化，而不是单单地通过感官来感知外界的温度，人类的感官有时在极端的温度中会失去感知的能力。在这个物联网盛行的时代，作为感知层前端的传感器能够很好的替代人类感知和简单温度计。相比于液体温度计来说，铂电阻温度传感器具有一定的在极端天气条件下工作的能力，并且具有更高的精确性，通过单片机的处理，在测量出温度之后，该测温系统还能进行后续的工作。

本设计中所用的PT100就能够很好的在零下40℃到零上120℃的区间段很好的通过阻值来计算出温度。而在这个温度段的测温系统在各行各业的温度测量与监控中都有着很好的实用价值。

本文研究的意义在于熟悉高性能单片机与传感器相结合的应用，通过对温度这一气象要素的实时测量以及分析，我们能够通过蓝牙或液晶显示屏等获取我们想要的信息，并且能够针对这一信息的改变做出下一步的反应。

1.2国内外研究现状

温度在国际单位制中，是七个基本物理量之一。其重要性和基础性不言而喻。并且与人类的生活关系十分密切，人类进行温度的测量活动的历史也是十分的悠久。十五世纪，科学革命的先驱伽利略利用空气膨胀的原理创造性的做出了一种测温仪器开启了人类对温度定性测量的时代。费迪南二世利用带色酒精为材料制作出了最早的酒精温度计。十八世纪，西门子发现了铂电阻在不同的温度下阻值变化的规律，并将这一发现应用于温度的测量当中，铂电阻作为温度测量传感器的时代来了。在温度的测量方法中，分为接触式的测量与非接触式的测量，铂电阻在对空气进行测量时是暴露在空气中并且是以自身阻值的变化来表征温度的变化，因此它又是接触式测温下电量式测温的分支。人们发现了铂电阻的测温特性，便开始了铂电阻发展的黄金时代。

我国从60年代从西德引进以来就有利用铂丝来做测温的先例。在技术与工艺不断进步的情况下，铂热电阻用来作为测温传感器的优点不断地显现出来。在现在的市面上，比较常见的PT100铂热电阻的原料也是多种多样，有陶瓷、玻璃、云母等等，将极细的铂丝分别缠绕在不同材料制作而成的骨架之上，再经过复杂的工艺加工便可以得到不同材料的铂热电阻。而薄膜铂电阻的工艺与上述的又有所不同。上述的是用铂丝缠绕，而薄膜的做法则是用真空技术将铂作为一层膜覆盖在陶瓷的基片之上，控制膜的厚度在2毫米以下。在固定引线，经过激光调阻来制成。

测温系统，有有线的或无线的，有延时的或实时的。在不同的需求下，我们会采用不同的系统，这样不仅能够减少需要的成本同时还能减少资源的浪费。在我国，铂电阻测温系统的应用还不是很广泛，所以如何将这样高性价比的测温系统带来经济效益也是需要考虑的。

2 系统方案设计

2.1系统设计的任务和要求

（1）设计制作一个以单片机为主控制器，以铂热电阻作为温度传感器的温度测量系统。铂热电阻作为传感器来采集外界温度的变化，并且将温度的变化转化为电阻的阻值变化。数模转化器采集到铂热电阻两端的电压变化，并且将这一变化转变为数字信号发送给单片机处理。单片机处理后通过液晶显示和蓝牙将结果实时的显示和发送出来。

（2）测量范围：-40℃~120℃，最大允许误差正负0.2℃。

（3）铂热电阻不同的接线方式，对测量的误差影响大小也不同。本设计采用四线制接法。

2.2 系统总体电路框图以及工作原理

多路四线制铂电阻测温系统主要由STM32F407单片机控制系统、铂电阻传感器（PT100)、LCD12864显示模块、A/D转换模块、存储器模块、电源电路模块、蓝牙模块和IO接口组成。结构如图 2.1所示。

图 2.1 系统总体框图

由STM32F407单片机为主控制器，四线制PT100作为温度传感器接触空气来监测外界的温度，PT100是根据自身的阻值来反应温度的变化。温度和电阻的关系由函数确定。AD7793内部集成有电流源，利用电流源提供激励，电流流过PT100，形成电压降。采集PT100两端的电压变化并将电压变化的模拟信号转化为数字信号。在由I/O接口传送到STM32F407单片机中进行处理。单片机根据A/D传送进来的数字信号根据预先加载到单片机中的程序算法计算得出外界的实时温度。通过单片机的引脚将处理完成的数据实时发送到LCD12864显示屏上显示，同时可选择的将数据通过蓝牙模块发送到与之配对的移动设备。移动设备可通过安装的APP查看实时温度。

3系统硬件设计

3.1主控制器模块

在这个设计中，采用的是STM32F407单片机作为系统的主控核心。STM32F407是一款高性能的32位单片机，其工作频率高达168MHz，其Cortex-M4F核心功能支持所有ARM单精度数据处理指令和数据类型的单精度浮点单元(FPU)。它还实现了一套完整的DSP指令和内存保护单元(MPU),从而提高应用程序的安全性。STM32F407提供3个12位ADC，两个DAC，一个低功耗RTC，12个通用16位定时器，其中包括两个用于电机控制的PWM定时器，两个通用32位定时器。一个真正的随机数发生器(RNG),同时它们还配备了标准并且先进的通信接口。

STM32F407具有以下的特点：

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：21460字

相关图片展示：