基于铂电阻的数字温度测量系统设计

0 引言
在某企业开发的加工控制系统中， 温度范围是-100℃～600℃，测量误差小于1％。针对本系统所需的温度测量要求，选用了精度高的铂电阻作为温度传感器，模数转换使用MSP430F149内部的12位分辨率的ADC模块。温度测量系统具有低功耗、结构简单，使用方便，可以扩展成多路温度测量等优点。

1 硬件设计
根据测试系统所要求的测量范围，选用的传感器为铂电阻PT100，PT100的测量范围是－200到850，从PT100的分度表可以计算出线性度为，无法达到测量精度的要求，所以需要一个线性补偿的信号调理电路，线性补偿电路通过采用XTR105芯片，通过温度测量范围匹配电阻，从而达到设计要求。AD转换用MSP430F149单片机内部12位分辨率的ADC。LCD是2行×16列的字符型液晶显示器。系统的电路框图如图1所示。

1．1 MSP430单片机
MSP430是德州公司新开发的一类具有16位总线的带FLASH的单片机，由于其性价比和集成度高，受到广大技术开发人员的青睐。它采用16位的总线，外设和内存统一编址，寻址范围可达64K，还可以外扩展存储器。具有统一的中断管理，具有丰富的片上外围模块，片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个12位的模数转换器、一个看门狗、6路I／O端口、两路USART通信端口、一个比较器、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟，支持8M的时钟。对于FLASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH存储器，因此采用先通过JTAG接口下载程序到FLASH内，再由JTAG接口控制程序运行、读取片内CPU状态，以及存储器内容信息供设计者调试，整个开发都可以在同一个软件集成环境中进行。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要专用仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。
1．2 PT100温度传感器
温度是表征物体冷热程度的物理量，它可以通过物体随温度变化的某些特性(如电阻、电压变化等特性)来间接测量，金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化，并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω／℃。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区(-200～650℃)最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计供计量和校准使用。PT100的温度／电阻曲线如图2所示。

按IEC751国际标准，温度系数TCR=O.003851，Pt100(R0=100Ω)、Pt1000(R0=1000Ω)为统一设计型铂电阻。TCR=(R100一R0)／(R0×100)。PT100与PT1000的标准阻值如表1所示。

温度／电阻特性公式如下：
-200t0℃ Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]
0t850℃ Rt=R0(1+At+Bt2]
其中Rt在t℃时的电阻值，R0在0℃时的电阻值