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基于PT100的温度传感器

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简介

基于PT100的温度传感器,以Ai8051U为核心。

简介:基于PT100的温度传感器,以Ai8051U为核心。
基于Ai8051U开源创意电子设计大赛

开源协议

GPL 3.0

创建时间:2024-10-29 03:54:26更新时间:2025-04-02 02:56:24

描述

描述

基于PT100的温度传感器以Ai8051U为核心进行设计,使用了该芯片的ADC、硬件IIC、HID-CDC、MDU32等功能。以下是对该项目的详细介绍:

一、工作原理

PT100:

  • PT100 是一种常用的热电阻传感器,其中 “PT” 代表铂(Platinum),“100” 表示它在 0℃时的电阻值为 100 欧姆。其工作原理基于金属铂的电阻随温度变化的特性。当温度升高时,铂丝的电阻会增大;温度降低时,电阻减小,而且这种变化关系在一定温度范围内是相对稳定和可预测的。
  • PT100 具有较高的精度,能够精确地测量温度变化。在合适的测量电路和校准条件下,它可以提供非常准确的温度读数。同时,铂是一种化学性质稳定的金属,这使得 PT100 具有很好的稳定性,能够在长时间内保持其测量性能,不易受到环境因素(如氧化、腐蚀等)的严重影响,适用于各种较为恶劣的工业环境和长期监测的场合。
  • 与热电偶相比,PT100 的输出信号是电阻变化,而热电偶是基于热电效应产生的热电势。PT100 在低温段(一般低于 500℃)的精度通常高于热电偶,而且信号处理相对简单,不需要冷端补偿;而热电偶则更适合测量高温(可达 1000℃以上)。与热敏电阻相比,PT100 的线性度更好,温度范围更宽,热敏电阻虽然在某些特定温度区间灵敏度更高,但线性度差,而且稳定性不如 PT100。

ADC:

  • AI8051U系列单片机内部集成了一个12位高速A/D转换器。ADC的时钟频率为系统频率⒉分频再经过用户设置的分频系数进行再次分频(ADC的时钟频率范围为SYSclk/2/1~SYSclk/2/16)。

硬件IIC:

  • AI8051U系列的单片机内部集成了一个IIC串行总线控制器。IIC是一种高速同步通讯总线,通讯使用SCL(时钟线)和SDA(数据线)两线进行同步通讯。对于SCL和SDA的端口分配,AI8051U系列的单片机提供了切换模式,可将SCL和SDA切换到不同的IO口上,以方便用户将一组II总线当作多组进行分时复用。
  • 与标准IIC协议相比较,忽略了如下两种机制:发送起始信号(START)后不进行仲裁;时钟信号(SCL)停留在低电平时不进行超时检测。
  • AI8051U系列的IC总线提供了两种操作模式:主机模式(SCL为输出口,发送同步时钟信号)和从机模式(SCL为输入口,接收同步时钟信号)

HID-CDC

  • 当单片机需要和电脑之间进行数据交换时,首选一般都是串口通讯。AI8051U系列单片机内置USB控制器和收发器,当用户代码中嵌入USB-CDC代码后,使用USB线将单片机与电脑直接相连接,在电脑端就可识别出【USB-CDC虚拟串口】,【USB-CDC虚拟串口】就是【串口】。

MDU32

  • 乘法和除法单元(称为MDU32)提供快速的32位算术运算。MDU32支持无符号和补码有符号整数操作数。MDU32由专用的直接内存访问控制模块(称为DMA)。所有MDU32算术操作都是通过向DMA控件写入DMA指令来启动的寄存器DMAIR。MDU32模块执行的所有算术运算的操作数和结果位于寄存器R0-R7。

二、电路组成

电路主要由以下几部分组成:

  1. 电源部分:提供稳定的直流电压,通常使用5V或更高的电压。
  2. 惠斯登电桥电路:用于精确测量电阻的电路装置
  3. 差分放大电路:放大电压信号,在12位ADC下获得更高的精度。
  4. OLED显示电路:用于信息展示。

三、制作步骤

  1. 准备元件:根据电路图准备所需的元件,包括AI8051U、LM324、0.96inch OLED、PT100、电阻、电容、电源等。
  2. 搭建电路:按照电路图将元件正确连接在一起。注意确保每个元件的引脚连接正确,并且电路布局合理。
  3. 测试电路:在接通电源之前,先检查电路是否连接正确。然后接通电源,观察电源LED灯是否按照预期亮。如果出现问题,根据电路图和元件功能进行排查和修复。

四、注意事项

  1. 元件选择:确保所使用的元件符合电路要求,特别是电阻和电容的阻值要准确。
  2. 电路布局:在搭建电路时,要注意布局合理,避免元件之间的干扰和短路。
  3. 安全操作:在操作过程中要注意安全,避免触电或短路等危险情况的发生。
  4. 调试与测试:在测试电路时,要逐步排查和修复可能出现的问题,确保电路能够正常工作。

通过以上步骤,你可以制作出一个基于PT100的温度传感器,这个制作项目不仅有趣而且具有挑战性,能够帮助你更好地理解电子电路的工作原理和元件的功能。

设计图

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