论文总字数：18917字

目 录

1.引言 5

1.1温度和温度测量的现状 5

1.2 PT100铂电阻简介 5

1.3研究目的和意义 5

2.设计方案论证 6

2.1本系统的总体设计要求 6

2.2本设计的技术方案 6

2.2.1单片机主控芯片的选择 7

2.2.2测温硬件电路的设计 8

2.2.3 AD模块的选择 9

2.2.4无线收发模块的选择 9

2.2.5液晶显示屏选择 10

3.硬件实现 11

3.1测温硬件电路的实现 11

3.1.1恒流源电路 11

3.1.2电压放大电路 12

3.1.3整体测温电路 13

3.2 ADS1115硬件连接 14

3.3 MSP430最小系统 15

3.4 按键矩阵 16

3.5无线传输模块电路 17

3.6显示屏模块电路 18

3.7其他外围硬件电路 20

3.7.1复位电路 20

3.7.2报警电路 21

4.程序设计 22

4.1铂电阻智能测温系统主程序设计 22

4.2 线性拟合程序 24

4.3模块子程序设计 25

4.3.1 ADS1115芯片控制程序 26

4.3.2 nRF905无线传输模块控制程序 26

5.系统调试 28

5.1硬件调试 28

5.2软件调试 29

6.结论 31

参考文献 31

致谢 33

附录 34

PT100铂电阻智能测温系统的设计

赵立

, China

Abstract: This paper presents my own solution for temperature measurement and temperature data transmission.This paper introduces in detail how to use the temperature sensing component of PT100 platinum resistance to complete the requirement of temperature measurement in various situations. In order to improve the accuracy of measuring and improve the adaptability of the system to the environment, the PT100 four-wire system is adopted to measure the temperature of the environment.The MSP430 single-chip collects and processes the voltage converted by AD module on both ends of the resistor and then displays temperature by means of display module. In the case of data transmission, this paper uses the wireless transmission mode with the help of wireless transmission module in order to facilitate the transfer of temperature data.

Key words: temperature measurement; PT100 platinum resistance; single chip microcomputer; wireless transmission

1.引言

1.1温度和温度测量的现状

温度是用来描述一个物体是冷是热，冷到什么程度，热到什么程度的一个物理量。温度和长度，质量，时间等物理量都是十分基本常用的物理量。一个物理量只有被测量之后，我们才能对其有一个定量的认识，所以温度的测量就变得十分重要并且与我们息息相关。往小的方面说，在日常生活中，人们往往对环境测温有着很大的需求。比如，根据温度的高低来选择自己的穿衣。在工业生产中，温度也绝对是一个重要的数据，工业生产活动中，生产过程是否顺利，是否按照既定的方向发展，往往取决于生产环境温度条件是否达标。往大的方面说，在国家军事战争中，也有利用温度元素取得战争最终胜利的先例。

温度的测量，有各种各样的方法，原理也不尽相同。随着时代的发展，材料有了新的发展，工业的加工工艺也有了长足的进步，各种新奇的技术也得到了开发，所以在测温领域也涌现了很多新的东西。首先是传感器方面的改良，由于构造上的优化布局，出现了薄膜温度传感器。它的用来测温感应的部分是小到微米级别的薄膜，体积小是它很明显的一个优点。传统的热电偶方面，也可喜地有了性能的提高，更为难得的是还出现了新型热电偶，比如在国内尚未普及开来的N型热电偶，而在国外，因为它在稳定性和使用时长上存在明显的优势，已经十分常见。还有就是体积可以很小，便于携带，使用起来还十分方便的红外测温仪。然而，虽然温度测量发展时间很长，但也不是说成熟到没有应用的死角了。如果要在强干扰环境下，强腐蚀条件下去测量温度，依然是很困难的事情，所以，温度测量依然在发展的路上，永远没有停止。

1.2 PT100铂电阻简介

当测温环境可以预知不会很高的情况下，热电阻是较为常用的一种温度传感器。热电阻是一种测量精度高，也不十分贵的温度感应元件，还有着很好性能变现。在这些热电阻当中，铂热电阻可以说是里面精度最高的一种。正是因为有着如此高的精度，它还被用来制作标准的基准仪。

PT100中的100是说该铂电阻温度为0度时，它的阻值为100Ω。从它的温度电阻关系曲线中可以看出，曲线近似为一条直线的。它的测温范围十分广泛，近似在零下200到零上850摄氏度左右。该电阻在工业，医疗，电机等这些需要高精度温度测量的环境下都有着很好的表现，应用也是十分地广泛。

1.3研究目的和意义

像在工业生产当中，为了生产的安全性，用于生产的锅炉，生产的原料等等都需要实时掌握温度，以免发生生产上的意外事故，发生人身财产的损失，尤其是高度危险的要和危化品打交道的场合。这就需要一个精度很高，又可以适应高压高温等恶劣环境的测温元件。铂电阻正是这样的很合适的产品。

工业生产在保证安全的前提下，最重要的还是要考虑成本的问题，本设计采用的元器件都是价格低廉的产品，同时还有很高的实用价值，可以说是物美价廉。通过本设计，不仅可以让使用者通过液晶显示屏实时掌握温度状况，同时还不需要一直守在设备旁边，因为本设计有温度报警电路，随时对异常温度发出报警声音，提醒人们注意，通过无线传输模块的设计，人们也可以在远离设备的情况下，在百米以外的地方也可以随时监视温度状况，十分地方便，在现实中有着很高的实用性。

2.设计方案论证

2.1本系统的总体设计要求

本设计旨在希望利用PT100铂电阻测量温度，温度的范围为-50.0℃~50.0℃，此时相对应的铂电阻阻值为80.31Ω~119.4Ω。在精度上，希望测量最大允许误差可以控制在2%或者比这个更小。在准确地测量出温度值之后，还要求通过液晶屏显示当前温度和阻值数据，以便让数据结果方便阅读和检验。温度这一数据在工农业生产和日常生活中都比较敏感，人们常常希望可以对异常温度进行报警，所以，本设计可以通过按键设置温度的上限警戒值，当测试到的温度高于这个给定的温度值后，可以通过控制单元驱动蜂鸣器工作。为了数据可以高效方便地传输，本系统要能达到百米左右范围的无线传输的功能要求，以便数据的后续利用和分析处理。以上就是本设计总体要达到的技术要求。

2.2本设计的技术方案

为了达到上一节中列出的设计要求，本设计的PT100铂电阻智能测温系统包括测温硬件电路部分，AD转换模块，430单片机模块，键盘模块，液晶屏显示模块，无线传输模块。 其系统原理框图如图2-1所示。

PT100铂电阻智能测温系统以单片机MSP430作为温度测量，温度报警，温度显示，数据传输的控制连接核心，控制着测温硬件电路，AD转换模块，协调键盘的输入，控制着液晶屏的显示，控制着蜂鸣器的报警，控制着无线传输模块等的正常工作。单片机还提供了工作时钟，完成了数据的运算。

测温硬件电路主要是利用PT100铂电阻温度和阻值的关系原理来测量温度。PT100铂热电阻是一种在精度上可以达到理想效果，线性度又好，测量的温度范围又广的良好的温度传感器^[1]。PT100铂热电阻在0℃的环境下阻值为100Ω，这也是其名字的命名原因。温度升高的过程中，铂热电阻的阻值也是近似以匀速增长，阻值——温度曲线在理想条件下是趋于一条直线的^[2]。将铂电阻接入到用LM317^[3]芯片制作的恒流源电路中，电阻值是很难直接测量到的，但是电压值却是我们常常喜欢测量也容易测出的数值，恒流源实现了这样的转换。计算机可以处理的是像0,1这样的数字而不是电压这样的模拟值，利用AD模块实现转换。这样，测温硬件电路就完成了电压的采集工作。

MSP430单片机根据AD模块的电压值，又依据电压，电阻，电流三者的关系计算出电阻值，再根据铂热电阻温度和阻值的关系，计算出对应的温度值。单片机驱动LCD12864液晶显示屏，在屏上直观呈现出当前温度，阻值和键盘键入的预警温度值。这样，就能让人们直观的获取这些信息，也可以随时改变所要设置的报警温度值，方便了操作和实际情况的变化。

由于蜂鸣器声音大小的限制，声音的传输距离同样也有限制，并且像工业生产当中，安排专门人员一直守在测温监控点也是不现实的情况，所以就想到了采用无线传输模块，本设计采用nRF905无线传输模块，通过主单片机的控制，将温度数据传输给从单片机显示并且也可以达到报警的效果，这样就能解决大概百米内的数据传输的问题，一定程度上也可以节约人力，缩减成本，解决了现实的问题。

图2-1 系统原理框图

2.2.1单片机主控芯片的选择

单片机由于其小巧的身材，占用的空间很小，同时又有一定的运算能力的特点，在现实生活中的使用场景也越来越多,越来越频繁。由于处理任务的增加，系统功能的日益复杂，对单片机处理器的各方性能的要求也日益增加。^［４］综合考虑本设计要达到的技术要求和出于对成本的控制，同时也为了让整个系统长时间地保持稳定工作的状态，本次毕业设计采用了美国德州仪器（TI）公司的超低功耗MSP430系列的单片机来做主控制单元。

它的主要特点有：

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