一种基于PIC16F877的温度显示报警装置的设计与实现

　　0　引言

　　在人类的生活环境中,温度扮演着极其重要的角色。在冶金、钢铁、石化等相关行业中,可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑到温度的影响。温度对于工业如此重要,由此推进了温度传感器和显示系统的发展。随着社会的进步和工业技术的发展,人们更加重视温度因素,许多产品对温度范围要求更加严格。

　　本文介绍一种基于PIC16F877的数字式温度测量装置,该装置可以完成对温度的测量,将温度值由数码管显示出来,并可通过按键设定上下限报警值。

　　1　单片机温度控制报警系统的总体结构

　　本设计通过温度敏感器件PT100作为温度测量传感器,采用三线制桥式电路将温度信号转化为随温度高低近似线性变化的电信号,经过信号放大处理后,输入到具有集成A/D转换技术的PIC单片机中,完成数据的采集、处理,最后将得到的温度值用4位数码管显示出来。其中第一位数码管一般情况下显示为“0”,修改上线和下限时分别显示“H”和“L”,后三位数码管显示当前温度值。当温度超出设定的上限值和下限值时,分别点亮上限报警灯或下限报警灯。报警值可以根据不同的温度要求进行设置与修改。系统总体结构如图1所示。

　　该系统控制核心器件选用PIC16F877单片机。PIC16F877单片机内部集成了8路10位精度的A/D转换通道,无需外接附加的A/D转换芯片,使用起来十分方便。数据显示采用MAX7219驱动4个七段LED数码管实现。上下限报警用两个红色高亮度LED。由于系统中共用到四个按键,用来修改或设定温度报警的上下限,由于按键较少,因此采用独立式键盘结构形式。

　　2　系统硬件结构

　　2·1　温度检测及数据采集

　　PT100是一种广泛应用的测温元件,在(-50~600)℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势,包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下:R=R_o(1+αT-βT²)其中α=3·90802×10^-3,β=5·775×10^-7,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度。

　　常用的Pt电阻接法有三线制和两线制,其中三线制接法的优点是将PT100的两侧相等的导线长度分别加在两侧的桥臂上,使得导线电阻得以消除。常用的采样电路有两种:一种为桥式测温电路,一种为恒流源式测温电路。本设计采用三线制桥式测温电路。系统测量原理如图2所示。

　　测温原理:电路采用TL431和电位器VR1调节产生4·096V的参考电源;采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥(其中R1=R2, VR2为100Ω精密电阻),当Pt100的电阻值和VR2的电阻值不相等时,电桥输出一个mV级的压差信号,这个压差信号经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号,该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3=R4、R5=R6、放大倍数=R5/R3,运放采用单一5V供电。