中心議題：

• 溫度傳感器工作原理及其應用
• 學習傳感器前置放大電路

解決方案：

• 從傳感器前置放大電路輸出的信號

使用溫度傳感器為 PT100,這是一種穩定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器,可以工作在 -200℃ 至 650℃ 的範圍.本電路選擇其工作在 -19℃ 至 500℃ 範圍.

整個電路分為兩部分,一是傳感器前置放大電路,一是單片機 A/D 轉換和顯示,控製,軟件非線性校正等部分.

前置放大部分原理圖如下:
工作原理:

傳感器的接入非常簡單,從係統的 5V 供電端僅僅通過一支 3K92 的電阻就連接到 PT100 了.這種接法通常會引起嚴重的非線性問題,但是.由於有了單片機的軟件校正作為後盾,因此就簡化了傳感器的接入方式.

按照 PT100 的參數,其在 0℃ 到 500℃ 的區間內,電阻值為 100 至 280.9Ω
，我們按照其串聯分壓的揭發，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 輸出電壓（mV），可以計算出其在整百℃時的輸出電壓
，見下麵的表格：

溫度 ℃	PT100 阻值 Ω	傳感兩端電壓 mV
0	100.00	124.38
1	100.39	124.8
50	119.40	147.79
100	138.51	170.64
150	157.33	192.93
200	175.86	214.68
250	194.10	235.90
300	212.05	256.59
350	229.72	276.79
400	247.09	296.48
450	264.18	315.69
500	280.98	334.42

單片機的 10 位 A/D 在滿度量程下
，最大顯示為 1023 字
，為了得到 PT100 傳感器輸出電壓在顯示 500 字時的單片機 A/D 轉換輸入電壓，必須對傳感器的原始輸出電壓進行放大


，計算公式為：(500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓( mV/℃ ) 
，（Vcc＝係統供電＝5V），可以得到放大倍數為 10.466 。

關於放大倍數的說明：有熱心的用戶朋友詢問

，按照 (500/1023 * Vcc)/傳感器兩端電壓不能得到 10.466 的結果，而是得到 11.635的結果。實際上，500 個字的理想值是無法靠電路本身自然得到的，自然得到的數字僅僅為 450 個字，因此，公式中的 500℃ 在實際計算時的取值是 450 而不是 500 。450/1023*5/(0.33442-0.12438)≈10.47 。其實
，計算的方法有多種
，關鍵是要按照傳感器的 mV/℃ 為依據而不是以被測溫度值為依據
，我們看看加上非線性校正係數：10.47*1.1117=11.639499 ，這樣，熱心朋友的計算結果就吻合了。

運算放大器分為兩級，後級固定放大 5 倍（原理圖中 12K/3K+1=5）

，前級放大為：10.465922/5=2.0931844 倍,為了防止調整時的元器件及其他偏差，使用了一隻精密微調電位器對放大倍數進行細調
，可以保證比較準確地調整到所需要的放大倍數(原理圖中 10K/(8K2+Rw)+1)。

通常
，在溫度測量電路裏，都會有一個“調零”和另一個“調滿度”電位器，以方便調整傳感器在“零度”及“滿度”時的正確顯示問題。本電路沒有采用兩隻電位器是因為隻要“零度”調整準確了，就可以保證整個工作範圍的正確顯示，當然也包括滿度時的最大顯示問題了。

那麼
，電路中對“零度”是如何處理的呢？它是由單片機程序中把這個“零度”數字直接減掉就是了，在整個工作範圍內，程序都會自動減掉“零度”值之後再作為有效數值來使用。

當dang供gong電dian電dian壓ya發fa生sheng偏pian差cha後hou，是shi否fou會hui引yin起qi傳chuan感gan器qi輸shu入ru的de變bian化hua進jin而er影ying響xiang準zhun確que度du呢ne
？供gong電dian變bian化hua後hou，必bi然ran引yin起qi流liu過guo傳chuan感gan器qi的de電dian流liu發fa生sheng變bian化hua，也ye就jiu會hui使shi傳chuan感gan器qi輸shu出chu電dian壓ya發fa生sheng變bian化hua。可ke是shi，以yi此ci同tong時shi，單dan片pian機ji的de供gong電dian也ye是shi在zai同tong步bu地di接jie受shou到dao這zhe種zhong供gong電dian變bian化hua的de
，當dang單dan片pian機ji的de A/D 基準使用供電電壓時
，就意味著測量基準也在同步同方向發生變化
，因此
，隻要參數選擇得當，係統供電的變化在 20% 之內時
，就不會影響測量的準確度。(通常單片機係統並不允許供電有過大的變化，這不僅僅是在溫度測量電路中的要求。）
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後級單片機電路的原理圖如下： 從傳感器前置放大電路輸出的信號，就送入到 HT46R23 的 A/D 轉換輸入端口（PB0/AN0），由you單dan片pian機ji去qu進jin行xing各ge種zhong必bi需xu的de處chu理li。首shou先xian是shi進jin行xing軟ruan件jian非fei線xian性xing校xiao正zheng，把ba輸shu入ru信xin號hao按an照zhao不bu同tong的de溫wen度du值zhi劃hua分fen為wei不bu同tong段duan，再zai根gen據ju其qi所suo在zai的de段duan分fen別bie乘cheng以yi不bu同tong的de補bu償chang係xi數shu，令ling其qi與yu理li論lun值zhi盡jin量liang接jie近jin

，經jing過guo非fei線xian性xing校xiao正zheng的de數shu字zi
，才cai被bei送song去qu進jin行xing顯xian示shi，比bi較jiao用yong戶hu設she定ding的de控kong製zhi值zhi等deng等deng。

各段的非線性補償係數見下列表格（僅僅列出主要段的數據
，非全部表格內容）：

 傳感電壓

傳感電壓	mV/℃	內部AD讀數	校正係數
124.3781	供電電阻=3K92±1%,供電電壓=5.000V±1%
124.8450	0.4670	1.00	1.0000
147.7942	0.4683	50.14	0.9972
170.6414	0.4626	99.06	1.0095
192.9326	0.4570	146.80	1.0218
214.6802	0.4515	193.36	1.0343
235.8961	0.4461	238.79	1.0469
256.5918	0.4407	283.11	1.0597
276.7898	0.4355	326.36	1.0724
296.4779	0.4302	368.52	1.0854
315.6891	0.4251	409.65	1.0985
334.4220	0.4201	449.76	1.1117

 

本電路還有一個特點，就是用戶可以在工作範圍內，任意設定 3 gechaoxiankongzhizhi。dangceliangxianshizhidayushedingzhideshihou，duiyingdekongzhiduankoujiuhuishuchugaodianping。liyongzhegegaodianpingxinhao，zaiwaijieyijisanjiguanqudongjidianqidedianlu，jiukeyishixianzidongkongzhi。zaimouyigekongzhiduankoushuchugaodianpingdetongshi
，yuzhichuanliande LED 發光管會同時點亮，以便提示使用者是哪一個設定值在輸出控製信號。

電路中的 24C02 是電存儲器，可以把使用者設定的控製值可靠地保存起來，即使掉電也不會丟失數據。

電路圖中還有 3 隻按鍵，它們分別是“設定”、“加置數”和“減置數”操作按鍵，用於使用者進行超限值的設置。使用方法如下：

按動一下設定鍵，屏幕顯示“1--”
，表示現在進入第一個超限值的設置

，三秒後屏幕自動跳轉到顯示“***”並閃爍(*** 代表原來電存儲器裏儲存的超限數值)，然後，按壓加數鍵(或減數鍵)，屏幕上的最低位的數字就會加一(或減一)，如果按住按鍵三秒以上不放開，屏幕上的前兩位數字就會快速進行加數(或減數)。把屏幕上的數字調整到所需要的數字後，這個超限值就設置完成了。

接著，再按動一下設定鍵屏幕顯示“2--”，表示現在進入第二個超限值的設置
，三秒後屏幕自動跳轉到顯示“***”並閃爍....,接下來的操作與第一個超限值的操作完全一樣。

第三個超限值的設置與上麵兩個完全一樣。

當設置好 3 gechaoxianzhizhihou，haibixuzuihouandongyixiashedingjian
，tuichushedingzhuangtaierfanhuizhengchanggongzuozhuangtai。ruguowangjilezhezuihouyiciandongtuichudecaozuo，chengxujiuhuidengdai 10 秒之後，自動返回正常工作狀態。

簡易調試方法:

可以使用 100Ω 的電阻來模擬 PT100 在 0℃ 的阻值,接入傳感器輸入端，看看顯示是否 =000,如果不對,可以調整微調電位器來達到;然後用一隻 281Ω 的電阻來模擬 PT100 在 500℃ 時傳感器的電阻值,顯示應該在 500 字±1字

；最後，使用一隻 194Ω 的電阻來代替 250℃ 傳感器電阻輸入,應該顯示 250±1 字.如果經過上麵調試沒有問題,就可以接入真正的 PT100 傳感器投入使用了.（真正的傳感器也有誤差，可以微調一下前置放大的電位器來校正它。）

在實際工作中
，要求電路的供電電壓為 5V±5%.如果測量顯示值大於某一個超限值
，對應的控製端口就會立即輸出高電平。

如果傳感器發生開路故障,顯示就會出現"HHH",如果傳感器及其引線發生了短路,顯示就會立即出現"LLL".為了防止傳感器出現開路或者短路之後可能會引起的不良後果，這時候
，3 個控製輸出端口都會優先關閉。