基于PT100熱電阻傳感器的油溫測量

摘要:基于單片機STC12C5628AD的溫度實(shí)時(shí)探測系統,詳述了溫度探測系統硬件的總體結構,著(zhù)重闡述了溫度采集系統的軟件和硬件及實(shí)現方法。該方法結構簡(jiǎn)單,抗干擾能力強,具有很好的應用價(jià)值。
0引言
       溫度是自然界中與人類(lèi)日常生活接觸較多的物理參量,在工控產(chǎn)品中,溫度是-一個(gè)重要的檢測量。通過(guò)市場(chǎng)的反饋信息，油溫的異常會(huì )導致橋殼內齒輪的打齒和磨損,從而影響車(chē)橋的使用壽命。絕大部分重型工程車(chē)的后驅動(dòng)橋損壞都是由橋殼內油溫發(fā)生異常而引起的。因此對油溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監控及超溫報警,可以有效地避免故障的發(fā)生，提高車(chē)輛的使用壽命。本系統采用PT100鉑熱電阻作為溫度感測元件進(jìn)行溫度檢測系統和實(shí)現。這里溫度測量電路能夠快速獲取溫度信號并經(jīng)過(guò)軟件處理,正確地顯示在駕駛室的中控臺上。.
1測量系統的工作原理
       測溫儀系統硬件流程框圖如圖1所示?？紤]到功耗及整機的精度和價(jià)格等問(wèn)題,測溫儀的單片機控制器采用STC12C5628AD系列單片機,并啟用了看門(mén)狗功能，以提高測溫儀的抗干擾性能。測溫系統采用恒流源電路測量鉑電阻隨溫度變化的電壓信號,經(jīng)過(guò)放大濾波A/D轉換后,送到單片機中進(jìn)行處理和顯示。采集時(shí)實(shí)時(shí)顯示采集溫度,超過(guò)設定值則報警。本測溫儀通過(guò)串口與PC機連接,上位機負責設置采集開(kāi)始時(shí)間、采集間隔時(shí)間等參數,并讀取下位機數據,進(jìn)行數據分析和處理。

2測量系統的硬件
       基于PT100的溫度測量系統，硬件主要是由以下4個(gè)模塊構成，單片機系統STC12C5628AD,測溫模塊，顯示模塊和超溫報警模塊。系統硬件框圖如圖2所示。

2.1測溫模塊
       測溫模塊主要的作用是采集溫度信息，送給單片機系統進(jìn)行處理。測溫模塊主要包括PT100溫度傳感器,放大濾波電路,恒流源,A/D數模轉換,測溫結構模塊的結構3如圖所示。

a.恒流源。PT100熱電阻傳感器改變的是電阻信號,這里采用恒流源電路將變化的電阻信號轉換成為變化的電壓信號,其中PT100采用三線(xiàn)制接法與恒流源電路相連接。恒流源電路選用運放LM358和電阻構成，其中運放LM358將基準電壓5V轉換成為恒流源，但--般外接固定的5V電源無(wú)法提供5V基準電壓,在這里選用外接的12V電源,利用含有LM2575的壓降電路將外接的12V電壓降至5V電壓,然后供給恒流源電路,輸出恒定的電流,輸出的恒定工作電流為:I恒=4.096V13.3K=1.2mA，這種電流源簡(jiǎn)單而且精度很高。恒流源電路如圖4所示，壓降電路圖如圖5所示。

b.PT100傳感器。PT100熱電阻傳感器在0℃時(shí)的電阻值為100Ω,隨著(zhù)溫度的變化其阻值也發(fā)生變化,在100℃時(shí)的電阻值約為138.5Ω,它的阻值隨著(zhù)溫度的上升而均勻的向，上增長(cháng)。溫度的采集范圍可以在-200℃~+200℃。PT100熱電阻傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數關(guān)系而制成的溫度傳感器。其中電阻值和溫度的函數關(guān)系式如下:

       顯然,溫度和電阻是非線(xiàn)性的關(guān)系,在測量精度要求不高的情況下,電阻值和溫度的關(guān)系可以簡(jiǎn)化為線(xiàn)性關(guān)系:

       由于其測量精度高、測量范圍大、復現性和穩定性好等被廣泛用于溫度測量中。由于連接導線(xiàn)的電阻和接觸電阻會(huì )對PT100的測溫精度產(chǎn)生較大的影響,故本次不采用電橋,完全采用恒流源發(fā)送。
c.放大濾波電路模塊。恒流源電路的設置相當于給阻值隨溫度改變的熱電阻通人一個(gè)大小不變的恒定電流，使阻值的變化轉換成為了熱電阻兩端電壓的變化。因為最初輸出的電壓信號較小,不足以驅動(dòng)負載正常工作,并且其中含有較多的雜波,波形不夠平滑，因此對最初的電壓信號進(jìn)行放大和低通濾波的處理,將電壓信號接著(zhù)導入放大濾波電路中,這里的放大濾波電路選取LM358運算集成放大器,電路如圖6所示。

       放大電路中:R3=R6,R5=R4放大倍數n=R5/R3=10,改變兩個(gè)電阻阻值可以獲取不同的增益。運放采用單的5V供電。濾波電路的截止頻率為:

2.2A/D數模轉換及單片機系統
       這里采用STC12C5628AD單片機，STC12C5628AD的指令代碼完全兼容傳統的8051,但速度快8-12倍。內部集成MAX810專(zhuān)用復位電路,4路PWM,8路高速10位A/D轉換，其中端腳P1.0-P1.7為A/D轉換接口,因此無(wú)需外接單獨的AD轉換器。此系統中單片機主要負責處理AD轉換器輸出的數字信號，并且得到相應的溫度值，顯示在LCD1602顯示屏上，當超過(guò)設定的警戒值時(shí)會(huì )通過(guò)控制蜂鳴器來(lái)進(jìn)行報警。
2.3顯示模塊和報警模塊
       LCD顯示電路采用LCD1602,工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符。本次LCD的8位數據口與單片機的P1口相連,LCD的RS,EN分別與單片機的P2.2和P2.3相連接。該中AD0804的參考電壓為1.7V,負極輸人電壓為2.06V,正極輸人電壓為Rtx0.025V,AD輸出的數字量D與t之前的關(guān)系如下:D=Rtx256/1.7，因此可以建立一個(gè)AD輸出的數字信號和溫度的對應表。單片機通過(guò)查表得到溫度值并在LCD1602.上顯示。
       報警模塊中選用有源蜂鳴器來(lái)實(shí)現超溫報警的功能，將蜂鳴器的輸人端與單片機系統P2.6端腳相連接。顯示與報警模塊和單片機系統相連的電路圖如圖7所示。

3測溫裝置軟件的設置
       系統的軟件設置主要是控制溫度數值在LCD上的顯示，判斷是否超溫以及超溫時(shí)蜂鳴器的報警提示。軟件的編程主要是通過(guò)C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現，軟件的流程圖如圖8所示。

4結束語(yǔ)
       采用PT100熱電阻采集橋殼內的油溫，并通過(guò)布置在駕駛室內的LCD1602顯示屏對實(shí)際工況下的油溫進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，讓駕駛員對驅動(dòng)橋內潤滑油溫度有一個(gè)直觀(guān)的了解，從而在油溫出現異常時(shí)，提醒駕駛員提前采取措施來(lái)避免因油溫而產(chǎn)生的驅動(dòng)橋故障，有效地降低了車(chē)橋的故障率，延長(cháng)了使用壽命。并且該系統在前期的裝車(chē)試驗中，工作性能可靠穩定，具有很強的實(shí)用性。