温度检测是非常重要的参数测量，其应用范围及其广泛，传感器类型较多，按信号特点可以分为模拟式和数字式，很显然数字式温度检测装置集成度高，更容易与单片机直接连接实现显示报警等功能，而模拟信号的传感器则需要经过A/D转换后转变为数字信号才能实现显示和控制等功能，本设计采用模拟类型传感器增加了设计难度和内容，也使得系统更加完整，有助于设计理解其他种类的模拟传感器系统。
本文提出一种电路能实现0~100℃的测量，满足一定的精度要求。温度检测方法很多，如热电阻、热电偶、热敏电阻、红外测温等等。根据设计要求，采用Pt100能够较好的达到对检测范围和检测温度的要求，在电路中的设计核心为Pt100的电阻—电压转换部分。
1. 提出要解决的问题，即实现高精度的温度测量，要求测量范围0~100℃，测量精度达到0.5级，实现显示和上下限报警功能。
2. 根据设计要求选择传感器类型，在本设计中为了综合运用所学过的电路知识，选择模拟类的温度传感器——热电阻，经过分析和对比发现Pt100型号的热电阻能满足测量要求，性价比较高，本设计采用该传感器。由于热电阻的测温原理是把温度信号转变为相应的电阻值变化，需要大量的运用原来所学的集成运放、电桥电路等知识，把电阻值变化转变为电压变化，所涉及的知识点比较多，有助于 举一反三，融会贯通，提高对电路知识的理解。
3. 设计一个闭环的检测系统，把传感器作为整个闭环的一部分，把模拟电压信号经过A/D转换并采样送入单片机进行数据处理，通过程序实现数据的显示。具体实现的方框图如图1所示。
图1 温度测量系统方框图
4. 根据方框图选择硬件实现设计方案。
传统热电阻测量方案一般采用电桥的方式把阻值变化转变为电压变化，在本设计方案中巧妙的采用集成运放实现信号的转换。如图2所示，A1、A2、A3为三个集成运放，其中A1和A2是同相比例放大，这两路输出电压信号送至A3。把Pt100作为集成运放A2的反馈电阻Rt，A2为同相比例放大，其放大倍数为（1+Rt/R1），而Rt的阻值随着温度的改变而改变，所以输出的电压值会随着温度而波动。Pt100在0-100℃之间通过查阅其分度表可以获得不同温度点所对应的电阻值，查表可知，它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆，不同阻值使得A2电压输出不同。A1的电路连接方式与A2完全相同，只是其反馈电阻为100Ω的固定电阻值，所以A1输出值固定不变，与A2输出电压一起送入A3，形成差动放大。可见当待测温度为0℃时，A1和A2两路输出电压相等，A3差动输出为0，当温度升高时，获得反向输出电压。为了得到正向电压值，可以在后面再接入一级运放反向放大。
图2 Pt100转换电路 图3主要指令
ADC采用ADC0804模块，实现对电压信号的模数转换。中心控制器部分采用51单片机，通过程序实现显示功能，具体指令如图3所示。
该项目具有典型性，虽然针对的是Pt100热电阻的电路设计，但是可以举一反三，对电阻型传感器都有很好的借鉴作用，而电压型传感器可以直接与单片机连接实现转换和显示。在项目实施中，要分块设计电路，然后计算数据，进行仿真，仿真达到预期效果后进行实际电路的焊接和调试。可见，该项目从设计到选型、从仿真到实物，中间涉及多个学科的交叉融合，打破学科壁垒，综合性非常强，既强化了关于电路、电子及单片机的应用，同时有助于学生以系统和全面的角度考虑问题，而不只是单纯局限于对传感器的性质和感性认识阶段。
多学科融合的电路设计，能够较好的激发学生的学习热情，通过学科融合巩固多个学科知识并获得传感器最新知识。在学习中能紧张充实，也需要查阅资料，修改程序等，收获很大。
参考文献：
[1] Wen-Tsai Sung.Data fusion for PT100 temperature sensing system heating control model[J].Measurement,52 (2014) 94–101
[2] 王耀平.基于单片机的温湿度监测系统[J].电子测试,2017(4):21,26.
