温度传感器设计报告

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第一篇：温度传感器设计报告

温度传感器课程设计

温度传感器简单电路的集成设计

当选择一个温度传感器的时候，将不再限制在模拟输出或数字输出装置。与你系统需要相匹配的传感器类型现在又很大的选择空间。市场上供应的所有温度感应器都是模拟输出。热电阻，RTDs和热电偶是另一种输出装置，矽温度感应器。在多数的应用中，这些模拟输出装置在有效输出时需要一个比较器，ADC，或一个扩音器。因此，当更高技术的集成变成可能的时候，有数字接口的温度传感器变成现实。这些集成电路被以多种形式出售，从超过特定的温度时才有信号简单装置，到那些报告远的局部温度提供警告的装置。现在不只是在模拟输出和数字输出传感器之间选择，还有那些应该与你的系统需要相匹配的更广阔的感应器类型的选择， 温度传感器的类型：

图一：传感器和集成电路制造商提供的四中温度传感器

在图一中举例说明四种温度感应器类型。一个理想模拟传感器提供一个完全线性的功能输出电压(A)。在传感器(B)的数字I/O类中，温度数据通常通过一个串行总线传给微控制器。沿着相同的总线，数据由温度传感器传到微控制器，通常设定温度界限在引脚得数字输出将下降的时候。当超过温度界限的时候，报警中断微控制器。这个类型的装置也提供风扇控制。

模拟输出温度传感器：

图2 热阻和矽温度传感器这两个模拟输出温度探测器的比较。

热电阻和矽温度传感器被广泛地使用在模拟输出温度感应器上。图2清楚地显示当电压和温度之间为线性关系时，矽温度传感器比热阻体好的多。在狭窄的温度范围之内，热电阻能提供合理的线性和好的敏感特性。许多构成原始电路的热电阻已经被矽温度感应器代替。

矽温度传感器有不同的输出刻度和组合。例如，与绝对温度成比例的输出转换功能，还有其他与摄氏温度和华氏温度成比例。摄氏温度部份提供一种组合以便温度能被单端补给得传感器检测。

在最大多数的应用中，这些装置的输出被装入一个比较器或A/D转换器，把温度数据转换成一个数字格式。这些附加的装置，热电阻和矽温度传感器继续被利用是由于在许多情况下它的成本低和使用方便。 数字I/O温度传感器： 大约在五年前，一种新类型温度传感器出现了。这种装置包括一个允许与微控制器通信的数字接口。接口通常是12C或SMBus序列总线，但是其他的串行接口例如SPI是共用的。阅读微控制器的温度报告，接口也接受来自温控制器的指令。那些指令通常是温度极限，如果超过，将中断微控制器的温度传感器集成电路上的数字信号。微控制器然后能够调整风扇速度或减慢微处理器的速度，例如，保持温度在控制之下。

图3：设计的温度传感器可遥测处理器芯片上的p-n结温度

图4。温度传感器可检测它自己的温度和遥测四个p-n结温度。

图5。风扇控制器/温度传感器集成电路也可使用PWM或一个线性模式的控制方案。

在图4中画是一个类似的装置：而不是检测一个p-n结温度，它检测四个结和它的自己内部的温度。因此内部温度接近周围温度。周围温度的测量给出关于系统风扇是否正在适当地工作的指示。

在图5中显示，控制风扇是在遥测温度时集成电路的主要功能。这个部分的使用能在风扇控制的二个不同的模式之间选择。在PWM模式中，微处理控制风扇速度是通过改变送给风扇的信号周期者测量温度一种功能。它允许电力消耗远少于这个部分的线性模式控制所提供的。因为某些风扇在PWM信号控制它的频率下发出一种听得见的声音，这种线性模式可能是有利的，但是需要较高功率的消耗和附加的电路。额外的功耗是整个系统功耗的一小部分。

当温度超出指定界限的时候，这个集成电路提供中断微控制器的警告信号。这个被叫做过热温度的信号形式里，安全特征也被提供。如果温度升到一个危险级别的时候温控制器或软件锁上，警告信号就不再有用。然而，温度经由SMBus升高到一个水平，过热在没有微控制器被使用去控制电路。因此，在这个非逻辑控制器高温中，过热能被直接用去关闭这个系统电源，没有为控制器和阻力潜在的灾难性故障。

装置的这个数字I/O普遍使用在服务器，电池组和硬盘磁碟机上。为了增加服务器的可靠性温度在很多的位置中被检测：在主板(本质上是在底盘内部的周围温度)，在处理器钢模之内，和在其它发热元件例如图形加速器和硬盘驱动器。出于安全原因电池组结合温度传感器和使其最优化已达到电池最大寿命。

检测依靠中心马达的速度和周围温度的硬盘驱动器的温度有两个号的理由：在驱动器中读取错误增加温度极限。而且硬盘的MTBF大大改善温度控制。通过测量系统里面温度，就能控制马达速度将可靠性和性能最佳化。驱动器也能被关闭。在高端系统中，警告能为系统管理员指出温度极限或数据可能丢失的状况。

图6。温度超过某一界限的时候，集成电路信号能报警和进行简单的ON/OFF风扇控制。

图7.热控制电路部分在绝对温标形式下，频率与被测温度成比例的产生方波的温度传感器

图8。这个温度传感器传送它的周期与被测温度成比例的方波，因为只发送温度数据需要一条单一线，就需要单一光绝缘体隔离信道。

模拟正温度感应器

“模拟正量”传感器通常匹配比较简单的测量应用软件。这些集成电路产生逻辑输出量来自被测温度，而且区别于数字输入/输出传感器。因为他们在一条单线上输出数据，与串行总线相对。

在一个模拟正量传感器的最简单例子中，当特定的温度被超过的时候，逻辑输出出错：其它，是当温度降到一个温度极限的时候。当其它传感器有确定的极限的时候，这些传感器中的一些允许使用电阻去校正温度极限。

在图6中，装置显示购买一个特定的内在温度极限。这三个电路举例说明这个类型装置的使用：提供警告，关闭仪器，或打开风扇。

当需要读实际温度时，微控制器是可以利用的，在单线上传送数据的传感器可能是有用的。用微处理器的内部计数器，来自于这个类型温度感应器的信号很容易地被转换成温度的测量。图7传感器输出频率与周围温度成比例的方波。在图8中的装置是相似的，但是方波周期是与周围温度成比例的。

图9。用一条公共线与8个温度传感器连接的微控制器，而且从同一条线上接收每个传感器传送的温度数据。

图9，在这条公共线上允许连接达到八个温度传感器。当微控制器的I/O端口同时关闭这根线上的所有传感器的时候，开始提取来自这些传感器的温度数据。微控制器很快地重新装载接收来的每个传感器的数据，在传感器关闭期间，数据被编码。在特定时间内每个传感器对闸口脉冲之后的时间编码。分配给每个感应器自己允许的时间范围，这样就避免冲突。

通过这个方法达到的准确性令人惊讶：0.8 是典型的室温，正好与被传送方波频率的电路相匹配，同样适用于方波周期的装置。

这些装置在有线电线应用中同样显著。举例来说，当一个温度传感器被微控制器隔离的时候，成本被保持在一个最小量，因为只需要一个光绝缘体。这些传感器在汽车制造HVAC应用中也是很有效，因为他们减少铜的损耗数量。 温度传感器的发展：

集成电路温度传感器提供各式各样的功能和接口。同样地这些装置继续发展，系统设计师将会看见更多特殊应用就像传感器与系统接口连接的新方式一样。最后，在相同的钢模区域内集成更多的电子元件，芯片设计师的能力将确保温度传感器很快将会包括新的功能和特殊接口。

总结

通过这些天的查找资料，我了解了很多关于温度传感器方面的知识。我的大家都知道温度的一些基本知识，温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。利用温度所创造出来的传感器即温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。并且从资料中显示温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，在本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。

这些天,我通过许多的资料了解到两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称它为“热电偶”。我查找的资料显示数据:不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5～40微伏/℃之间。

热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。 温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。

温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。 温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6～300K范围内的温度。

非接触式温度传感器的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可以用来测量运动物体、小目标还有热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度，也可以用于测量温度场的温度分布。资料显示，最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法、辐射法和比色法。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体所测温度才是真实温度。如果想测定物体的真实温度，就必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取绝于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关连，因此很难精确测量。在自动化生产中我发现往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，这样才能提高有效发射系数。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度(即是介质温度)进行修正而得到介质的真实温度。 现在，我通过这些天的努力，了解了很多温度传感器及其相关的一些传感器的知识。他们在我们生活中的应用及其广泛，我们只有加紧的学习加紧的完成自己所学专业的知识，了解相关的最新信息，我们才能跟上科技前进的步伐。

参考文献：

【1】刘君华.智能传感器系统.西安电子科技大学出版社,1993.3 【2】张富学.传感器电子学.国防工业电子出版社,1992.6 【3】王家桢等.传感器与变送器[M].北京清华出版社1996.5 【4】张正伟.传感器原理与应用[M].中央广播电视大学出版社,1991.3 【5】樊尚春.传感器技术及应用.北京航空航天大学出版社,2004.8 【6】赵负图.现代传感器集成电路.人民邮电出版社,2000.8 【7】谢文和.传感器技术及应用.高等教育出版社,2004.7 【8】赵继文.传感器与应用电路设计[M].科技出版社,2002.6 【9】陈杰,黄鸿.传感器与检测技术.高等教育出版社,2002.3 【10】黄继昌,徐巧鱼,张海贵等.传感器工作原理及应用实例.人民邮电出版社,1998.6

第二篇：毕业设计(论文)-基于专用温度传感器的温度检测系统

摘 要 在现代工业领域温度检测系统是指用某种方式显示出当前的环境温度。传 统使用PTC或NTC电阻作为温度传感器的方式在使用过程中存在着很多不足之 处比如所采集温度的精度比较低、系统的可靠性差、设计难度较大、整体设计 成本较高等缺点已经无法满足现代工业生产中高精度温度控制的需求。而采用 专用温度传感器则可以在克服以上缺点很大程度上提高温度检测系统的性能。 本文阐述了一个基于专用温度传感器AD590的 高精度温度检测系统的设计

和实现过程。整个设计包括使用AD590的模拟温度采集传感器专用仪表放大 器AD620的信号处理系统由ADC0804构成的模数转换电路采用AT89C52组 成的单片机系统数码管显示系统和整机所需的供电系统。

关键字温度检测系统AD590AT89C52

Ⅰ Abstract The temperature check system in modern industry is that uses some special method to process and display the environmental temperature. Tradition uses PTC or NTC resistance to be using process to there be existing much defects as the temperature sensor way, supposes that what be detected the temperature has a bad accuracy, systematic reliability is bad, has much difficulties to design, and the cost of e ntire system is expensive. To use this method already unable satisfied modern industry produces the need being hit by the high-accuracy temperature under the control. Use the special temperature transducer could improve the systematic function of temperature detecting. This article elaborated the high-accuracy temperature having set forth a because of special temperature transducer AD590 checks the main body of a book systematically designing and realizing process. Entire design is included: Use the AD590 temperature transducer to detect the analog temperature, instrumentation amplifier AD620 signal process system, change the analog signal to digital signal circuit of ADC0804, the AT89C52 MUC system and the power system.

Key wordtemperature check systemAD590AT89C52

Ⅱ 目

录 摘 要.............................................................Ⅰ

Abstract............................................................Ⅱ 目 录.............................................................Ⅲ 1 绪论..............................................................1 1.1简介.......................................................... 2 1.2 温度控制系统的国内外现状......................................2 1.3 温度控制系统方案..............................................2 1.4 论文的主要任务和所做的工作....................................2 2设计方案以及论证.................................................. 4 2.2 温度传感部分..................................................4 2.3 A/D转换部分.................................................. 5 2.4数字显示部分.................................................. 6 3 电路设计......................................................... 8 3.1 硬件电路设计................................................. 8 3.1.1 温度采集电路............................................... 8 3.1.2 AD转换电路................................................. 8 3.1.3 单片机电路.................................................10 3.1.4 显示电路...................................................14 3.1.5 电源电路...................................................16 3.2 软件系统设计.................................................16 3.2.1 主程序设计.................................................16 3.2.2 AD转换程序.................................................17 3.2.3 温度采样...................................................18 3.2.4温度标度转换算法........................................... 19 3.3 特殊元器件介绍.............................................. 22 4 总结.............................................................24 参考文献.........................................................25 附录.............................................................26

1 绪论

1.1 简介 当代社会温度检测系统被广泛应用于社会生产、生活的各个领域。业、环境检测、医疗、家庭等多方面均有应用。同时单片机在电子产品中的应用 已经越来越广泛。

在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。目前温度测量系统种类 繁多功能参差不齐。有简单的应用于家庭的如空调电饭煲、太阳能热水器 电冰箱等家用电器的温度进行检测和控制。采用AT89C51单片机来对温度进行 控制不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点而且可以大幅度提高被 控温度的技术指标从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、 体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点为自动化和各个测控领域中广

在工 泛应用的器件在日常生活中成为必不可少的器件尤其是在日常生活中发挥的 作用也越来越大。因此单片机对温度的控制问题是一个日常生活中经常会遇到 的问题。

本论文以上述问题为出发点设计实现了温度实时测量、显示、控制系统。 以AD590为采集器AT89S51为处理器空调相应电路为执行器来完成设计任务 提出的温度控制要求。设计过程流畅所设计的电路单元较为合理。该设计在硬 件方案设计单元电路设计元器件选择等方面较有特色。 1.2 温度控制系统的国内外现状 通过网上查询、翻阅图书了解到目前国内外市场以单片机为核心的温度控制

系统很多而且方案灵活且应用面比较广可用于工业上的加热炉、热处理炉、 反应炉在生活当中的应用也比较广泛如热水器室温控制农业中的大棚温 度控制。以上出现的温度控制系统产品根据其系统组成、使用技术、功能特点、 技术指标。选出其中具有代表性的几种如下

1.虚拟仪器温室大棚温度测控系统在农业应用方面虚拟仪器温室大棚温度

测控系统是一种比较智能经济的方案适于大力推广改系统能够对大棚内的 温度进行采集然后再进行比较通过比较对大棚内的温度是否超过温度限制进 行分析如果超过温度限制温度报警系统将进行报警来通知管理人员大棚内 的温度超过限制大棚内的温控系统出现故障从而有利于农作物的生长提高 产量。本系统最大的优点是在一台电脑上可以监测到多个大棚内的温度情况从

而进行控制。该系统LabVIEW虚拟仪器编程通过对前面板的设置来显示温室大 棚内的温度并进行报警进而对大棚内温度进行控制。该系统有单片机温度

传感器串口通信和计算机组成。计算机主要是进行编程对温度进行显示、 报警和控制等温度传感器是对大棚内温度进行测量显示单片机是对温度传 感器进行编程去读温度传感器的温度值并把半温度值通过串口通信送入计算 机串口通信作用是把单片机送来的数据送到计算机里起到传输作用。 2.电烤箱温度控制系统

该方案采用美国TI公司生产的FLASH型超低功耗16位单片机MSP430F123 为核心器件通过热电偶检测系统温度用集成温度传感器AD590作为温度测量 器件利用该芯片内置的比较器完成高精度AD信号采样根据温度的变化情况 通过单片机编写闭环算法从而成功地实现了对温度的测量和自动控制功能。其 测温范围较低,大概在0-250之间具有精度高相应速度快等特点。 3.小型热水锅炉温度控制系统

该设计解决了北方冬季分散取暖采用人工定时烧水供热耗煤量大浪费人

力温度变化大的问题。设计方案硬件方面采用MCS-51系列8031单片机为核心 扩展程序存储器2732 AD590温度检测元件测量环境温度和供水温度ADC0809 进行模数转换同向驱动器740

7、光电耦合器及9103的功放完成对电机的控制。 软件方面建立了供暖系统的控制系统数学模型。本系统硬件电路简单,软件程序 易于实现。它可用于一台或多台小型取暖热水锅炉的温度控制,可使居室温度基 本恒定,节煤,节电,省人力。 1.3 温度控制系统方案 结合本设计的要求和技术指标通过对系统大致程序量的估计和系统工作速

度的估计考虑价格因素。选定AT89S51单片机作为系统的主要控制芯片8 位模数转换器AD0804采用AD509进行温度采集温度设定范围为-10℃~ 45℃ 通过温度采集系统对温度进行采集并作A/D转换再传输给单片机。以空调 机为执行器件通过单片机程序完成对室内温度的控制。 1.4 论文的主要任务和所做的工作 本论文主要是完成一种低成本、低价格、功能齐全、及温度测量、温度显示、 温度控制于一体的单片机温度控制系统的理论设计。包括硬件电路和主要的软件 设计。

研究的关键问题是室温的精确测量温度采集器AD590温度控制电路设 计单片机与A/D转换电路、显示电路以及软件设计。

根据本设计所要完成的任务本论文完成了如下工作 1介绍了研究和设计的背景和意义调查并综述了当前温度控系统市场的国内外 现状

2 提出了符合设计要求的高精度温度控制系统方案并阐述了其工作原理。 3 完成了硬件电路的设计它包括温度采集系统电路包含89S51单片机模数 转换器ADC0804等芯片的接口电路通过AD590实现的温度控制采集电路; 键盘接口和LED显示电路。

4 基本完成了软件部分设计它包括主程序流程图A/D转换子程序显示子程 序主程序清单。 2设计方案以及论证

2.1设计方案 经过查阅国内外相关资料现代工业控制的温度采集系统虽然传感器种类不 同但总体框架比较类似。通过仔细比较绘制出整体框架图如下

2.2 温度传感部分 方案1 基于PTC或NTC电阻的设计

热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。热敏电阻由

半导体陶瓷材料组成 利用温度引起电阻变化。若电子和空穴的浓度分别 为n、p迁移率分别为μn、μp则半导体的电导为

σ=qnμn+pμp

因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数所以电导是温度的函数 因此可由测量电导而推算出温度的高低并能做出电阻-温度特性曲线这 就是半导体热敏电阻的工作原理

热敏电阻包括正温度系数PTC和负温度系数NTC热敏电阻以 及临界温度热敏电阻CTR。

使用热敏电阻设计而成的温度检测系统利用“惠更斯”电桥提取出 温度的变化然后通过高共模抑制比的仪表放大器将信号放大把模拟信 号信号送入模数转换电路进行模拟到数字信号的转变从而将信号送入单 片机进行处理最终由数码管显示出当前的温度值。整体框图如下 但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差不适用于检测小于1 ℃的信号而

且线性度很差不能直接用于A/D转换应该用硬件或软件对其进行线性化补偿。

方案2

采用集成温度传感器如常用的AD590和LM35。

AD590是电流型温度传感器。这种器件是以电流作为输出量指示温度其典 型的电流温度敏感度是1μA/K.它是二端器件使用非常方便作为一种高阻电 流源他不需要严格考虑传输线上的电压信号损失噪声干扰问题因此特别适合 作为远距测量或控制用。另外AD590也特别适用于多点温度测量系统而不必 考虑选择开关或CMOS多路转换开关所引起的附加电阻造成的误差。

由于采用了一种独特的电路结构并利用最新的薄膜电阻激光微调技术校 准使得AD590具有很高的精度。并且应用电路简单便于设计。

方案选择选择方案2。理由电路简单稳定可靠无需调试与A/D连接 方便。 2.3 A/D转换部分 模/数转化器是一种将连续的模拟量转化成离散的数字量的一种电路或器件 模拟信号转换为数字信号一般需要经过采样保持和量化编码两个过程。针对不同

的采样对象有不同的A/D转换器ADC可供选择其中有通用的也有专用的。 有些ADC还包含有其他功能在选择ADC器件时需要考虑多种因素除了关键参 数、分辨率和转换速度以外还应考虑其他因素如静态与动态精度、数据接口 类型、控制接口与定时、采样保持性能、基本要求、校准能力、通道数量、功耗、 使用环境要求、封装形式以及与软件有关的问题。ADC按功能划分可分为直接 转换和非直接转换两大类其中非直接转换又有逐次分级转换、积分式转换等类 型。

A/D转换器在实际应用时除了要设计适当的采样/保持电路、基准电路和

多路模拟开关等电路外还应根据实际选择的具体芯片进行模拟信号极性转换等 的设计。

方案1采用分级式转换器这种转换器采用两步或多步进行分辨率的闪烁 式转换进而快速地完成“模拟-数字”信号饿转换同时可以实现较高的分辨 率。例如在利用两步分级完成n位转换的过程中首先完成m位的粗转换然后 使用精度至少为m位的数/模转换器ADC将此结果转换达到1/2的精度并且与 输入信号比较。对此信号用一个k位转换器k+m<=n转换最后将两个输出结 果合并。

方案2采用积分型A/D装换器如ICL7135等。双积分型A/D转换器转换 精度高但是转换速度不太快若用于温度测量不能及时地反应当前温度值 而且多数双击分型A/D转换器其输出端多不是而二进制码而是直接驱动数码管 的。所以若直接将其输出端接I/O接口会给软件设计带来极大的不方便。 方案3采用逐次逼近式转换器对于这种转换方式通常是用一个比较输 入信号与作为基准的n位DAC输出进行比较并进行n次1位转换。这种方法类 似于天平上用二进制砝码称量物质。采用逐次逼近寄存器输入信号仅与最高位 MSB比较确定DAC的最高位DAC满量程的一半。确定后结果0或1 被锁存同时加到DAC上以决定DAC的输出0或1/2。

逐次逼近式A/D转换器如ADC080

4、AD574等其特点是转换速度快精 度也比较高输出为二进制码直接接I/O口软件设计方便。由于ADC0804 设计时考虑到若干种模/数转换技术的优点所以该芯片非常适合于过程控制、 微控制器输入通道的结合口电路、智能仪器和机床控制等应用场合并且价格低 廉降低设计成本。

方案选择选择方案3。理由用ADC0804采样速度快配合温度传感器应 用方便价格低廉降低设计成本。 2.4 数字显示部分 通常用的LED显示器有7段或8段“米”字段之分。这种显示器有共阳极和

共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起通常此公共阴 极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时发光二极管点亮相应的段被显 示。同样共阳极LED显示器的工作原理也一样。 方案1采用静态显示方式。在这种方式下各位LED显示器的共阳极或 共阴极连接在一起并接地或电源正每位的段选线分别与一8位的锁存器 输出相连各个LED的显示字符一旦确定相应锁存器的输出将维持不变直到 显示另一个字符为止正因为如此静态显示器的亮度都较高。若用I/O口接口 这需要占用N*8位I/O口LED显示器的个数N。这样的话如果显示器的个数 较多那使用的I/O接口就更多因此在显示位数较多的情况下一般都不用静 态显示。

方案2采用动态显示方式。当多位LED显示时通常将所有位的段选线相应 的并联在一起由一个8位I/O口控制形成段选线的多路复用。而各位的共阳 极或共阴极分别有相应的I/O口线控制实现各位的分时选通。其中段选线占用 一个8位I/O口而位选线占用N个I/O口N为LED显示器的个数。由于各 位的段选线并联段码的输出对各位来说都是相同的因此同一时刻如果各 位选线都处于选通状态的话那LED显示器将显示相同的字符。若要各位LED 能显示出与本为相同的字符就必须采用扫描显示方式即在某一时刻只让某 一位的位选线处于选通状态而其他各位的位选线处于关闭状态同时段选线 上输出相应位要显示字符的段码。

方案选择选择方案2。理由非常节约I/O口亮度高节约CPU的使用 率。 3 电路设计

3.1 硬件系统设计 3.1.1 温度采集电路

温度采集系统主要由AD590、AD620组成如图所示 选用温度传感器AD590AD590具有较高精度和重复性重复性优于0.1℃ 其良好的非线形可以保证优于0.1℃的测量精度利用其重复性较好的特点通

过非线形补偿可以达到0.1℃测量精度。由AD590采集到的温度信号通过AD620, 一款低功耗、高进度的仪表放大器进行线性放大在AD620的外部只需要通过 一只电阻即可将放大倍数从1-1000倍进行调整。在本电路系统中我们需要将 输出最大值和最小值调整在0-5V之间便于A/D进行转换以提高温度采集电 路的可靠性。

集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵 敏度一般为10mV/K温度0℃时输出为0温度25℃时输出为2.982V。电流输 出型的灵敏度为1 μA/K。这样便于A/D转换器采集数据。 3.1.2 AD转换电路 在学习和实验过程当中对于AD转换芯片通常使用美国国家半导体公司

生产的AD0809芯片进行模拟信号到数字信号的转换。AD0809相关资料齐全 使用广泛但是对于本设计略显奢侈AD0809可以同时转换8路模拟输入但 本设计中只需要转换一路模拟输入。因此我放弃使用AD0809转而使用美国 国家半导体公司的同类产品AD0804一款与AD0809同类型的模数转换芯片。 在达到系统要求的同时降低了电路的成本减小了电路的体积简化了电路的 复杂程度。 用单片机控制ADC时多数采用查询和中断控制两种方式。查询法是在单片

机把启动命令送到ADC之后执行别的程序同时对ADC的状态进行查询以检 查ADC变换是否已经完成如查询到变换已结束则读入转换完毕的数据。中断 控制是在启动信号送到ADC之后单片机执行别的程序。当ADC转换结束并向单 片机发出中断请求信号时单片机响应此中断请求进入中断服务程序读入转 换数据并进行必要的数据处理然后返回到原程序。这种方法单片机无需进行 转换时间管理CPU效率高所以特别适合于变换时间较长的ADC。本设计采用 查询方式进行数据收集。由于ADC0804片内无时钟故运用8051提供的地址锁 存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时 钟频率的1/6如果时钟频率为6MHz,则ALE信号的频率为1MHz经二分频后为 500kHz与AD0804时钟频率的典型值吻合。由于AD0804具有三态输出锁存器 故其数据输出引角可直接与单片机的总线相连。并将A/D的ALE和START脚连在 一起以实现在锁存通道地址的同时启动ADC0804转换。启动信号由单片机的写 信号和P2.7经或非门而产生。在读取转换结果时用单片机的读信号和P2.7 经或非门加工得到的正脉冲作为OE信号去打开三态输出锁存器。根据所选用的 是查询、中断、等待延时三种方式之一的条件去执行一条输入指令读取A/D 转换结果。

ADC0804是一个8位逐次逼近的A/D转换器。AD0804的转换时间为100μs。 在CPU启动A/D命令后便执行一个固定的延时程序延时时间应略大于A/D 的转换时间延时程序一结束便执行数据读入指令读取转换结果。本设计选 用Motorola公司的基准源TL431产生参考电压2.50V即一位数字量对应10mV 即1℃。所以用起来很方便。具体电路如下

3.1.3 单片机电路 单片微型计算机简称单片机。它在一块芯片上集成了各种功能部件中央处

理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计数器和各 种输入/输出I/O接口如并行I/O口、串行I/O口和A/D转换器等。它们 之间相互连结构成一个完整的微型计算机。

单片机的发展经历了四个阶段第一阶段19711974年主要是美国INTEL 公司从早先的第一台MCS-4微型计算机到后来功能较强的8位微处理器

Intel8008和FAIRCHILD公司的F8微处理器。这些微处理器虽说还不是单片机 但从此拉开了研制单片机的序幕。第二阶段19741978初级单片机阶段 以INTEL公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机内集成有8位CPU并行I/O 口8位定时器/计数器寻址范围不大于4K且无串行口。第三阶段1978 1983高性能单片机阶段。在这一阶段的单片机普遍带有串行口多级中断处 理系统和16位定时器/计数器。片内ROMRAM容量加大且寻址范围可达64K 字节有的片内还带有A/D转换器接口。这类单片机有INTEL公司的MCS-51 MOTOROLA公司的6801和ZILOG公司的Z8等。其中MCS-51系列产品由于其优 良的性能价格比特别适合我国的国情MCS-51系列单片机有可能稳定相当一

段时期。现在国内的MCS-51热正在升温随着我国经济建设步伐的加大MCS-51 系列单片机必将在各个领域大显身手。第四阶段1983现在8位单片机巩 固发展及16位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面发展16位单片机及专

用单片机另一方面不断完善高档8位单片机改善其结构以满足不同用户的 需要。

MCS-51系列属高档单片机近年来INTEL公司在提高该系列产品性能方面 做了不少工作相继推出了不少新产品8052/8752/80

32、低功耗的CHMOS工艺 芯片80C51/87C51/80C

31、具有高级语言编程的芯片8052AH-BASIC、高性能的 C252系列等。在本次设计中我们采用了MCS -51系列中的89C51来完成产品的CPU 的功能。

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory的低电压高性能CMOS8位微 处理器俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器 的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相 兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中ATMEL的89C51 是一种高效微控制器89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式 控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

89C51的主要特性有与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命

1000写/擦循环数据保留时间10年全静态工作0Hz-24Hz三级程序存储 器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个

中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路。 下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能 1 主电源引脚VCC和GND VCC40脚接+5V电压。GND20脚接地。

2 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1 和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器 ,就构成了内部

振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器当外接晶振后就构成了 自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。

3 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP RST/VPD当振荡器运行时在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单 片机复位。在此引脚与VSS引脚之间连接一个约10KΩ的下拉电阻与VCC引 脚之间连接一个约10μF的电容可以保证可靠地复位。VCC掉电期间此引脚 可接上备用电源以保持内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于 规定的电平而VPD在其规定的电压范围5土0.5V内VPD就向内部RAM 提供备用电源。ALE/PROG当访问外部存储器时ALE允许地址锁存的 输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器ALE端仍然以不变的 频率周期性地出现正脉冲信号此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对 外输出的时钟或用于定时目的。然而要注意的是每当访问外部数据存储器时 将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动吸收或输出电流8个LS型的TTL 输入电路。对于EPROM型的单片机如8751在EPROM编程期间此引脚 用于输入编程脉冲PROG。PSEN此脚的输出是外部程序存储器的读选通 信号。在从外部程序存储器取令或常数期间每个机器周期两次PSEN有效。

但在此期间每当访问外部数据存储器时这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动吸收或输出8个LS型的TTL输入。EA/VPP当EA端

保持高电平时访问内部程序存储器但在PC程序计数器值超过0FFFH对 8051/8751/80C51或1FFFH对3052时将自动转向执行外部程序存储器内 的程序。当EA保持低电平时则只访问外部程序存储器不管是否有内部程序 存储器。对于常用的8031来说无内部程序存储器所以EA脚必须常接地 这样才能只选择外部程序存储器。对于EPROM型的单片机如8751在EPROM 编程期间此引脚也用于施加21伏的编程电源VPP。 4 输入/输出I/0引脚P0、P

1、P

2、P3共32根 P0口39脚--32脚是双向8位三态I/O口在外接存储器时与地址总 线的低8位及数据总线复用能以吸收电流的方式驱动8个LS TTL负载。P1 口l脚--8脚是8位准双向I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态输入 也不能锁存故不是真正的双向I/O口。能驱动吸收或输出电流4个LS TTL 负载。对80

52、8032 P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入P1.1 引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发即T2的外部控制端。对EPROM编

程和程序验证时它接收低8位地址。P2口21脚--28脚是8位准双向I/O 口。在访问外部存储器时它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。

在对EPROM编程和程序验证期间它接收高8位地址。P2可以驱动吸收或 输出电流4个LS TTL负载。P3口l0脚--17脚是8位准双向I/O口在 MCS-51中这8个引脚还用于专门功能是复用双功能口。P3能驱动吸收或 输出电流4个LS TTL负载。作为第一功能使用时就作为普通I/O口用功 能和操作方法与P1口相同。作为第二功能使用时各引脚的定义如表3.1所示。 值得强调的是P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二 功能。 P3口的第二功能定义 口线

引脚 第二功能 P3.0 10 RXD串行输入口 P3.1 11 TXD串行输入口 P3.2 12 INT0外部中断 0

P3.3 13 1 INT外部中断1 P3.4 14 T0 定时器0外部输入 P3.5 15 T1 定时器1外部输入

P3.6 16 WR外部数据存储器写脉冲

P3.7 17 RD外部数据存储器读脉冲

3.1.4 显示电路

显示电路采用锁存器74HC573和数码管组合的方式进行显示温度数值。 数码管是单片机应用电路中常用的显示器件。每个数码管由8个发光二极管组 成。数码管有共阴极和共阳极两种类型。共阴极数码管内部8个二极管的阴极被 连接在一起和引脚com相接在使用是引脚应接低电平当数码管其余的某个引 脚接高电平则相应的发光二极管被点亮。共阳极数码管com端应接高电平当 数码管其余的某个引脚接低电平则相应的发光二极管被点亮。在使用过冲当中 我们需要在每个数码管的每一位段选上串联电阻限制导通电流来保证发光二极 管不被烧坏。本设计中选用共阳极数码管。 a共阴数码管原理图 b共阳数码管原理图 1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dp9GND a bf c g d e dp a bf c g d e VCC1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dp dp9 c共阴数码管电路符号图 d共阳数码管电路符号图 锁存器

74HC573是一款高速低功耗TTL锁存器它能够锁存8位数据最高锁存17ns 变化的数据。本设计中使用一组I/O口用来传送数码管的段选同时使用该组 I/O口的高四位传送位选。这样一来可以大大提高I/O口的使用效率。同时 使用另外两个I/O口控制两个锁存器的锁存端是能段来控制锁存器的工作。 关于74HC573的锁存使用说明如下图

显示总体电路如下

3.1.5 电源电路

一个优秀系统中的电源电路极为重要电源的好坏可以直接影响整机的工 作。本设计中采用线性稳压系统提供信号处理电路所需的正负15V电压和单片 机、数字电路、数码管所需的5V电压。电源系统的设计原理是通过工频变压器 将市电220V 50Hz的交流电变为双13V 50Hz的低压交流电再通过全桥整流变 为脉动的正电压经过电容滤波、7

8、79系列线性稳压芯片稳压最终输出稳 定的+15V、-15V和+5V直流电压供系统相应电路模块使用。 电源部分电路图如下所示

3.2 软件系统设计 本系统的单片机程序使用C语言编写相比汇编语言C语言具有使用灵

活、移植性强、易于上手、方便使用、可完成高级功能等特点。 3.2.1 主程序设计 程序启动后首先清理系统内存然后进行采集并通过A/D转换后传输

到单片机再由单片机控制显示设备显示现在的温度然后系统进入待机状态 等待再次检测温度。

3.2.2 AD转换程序

89S51给出一个脉冲信号启动A/D转换后ADC0809对接受到的模拟信号进 行转换这个转换过程大约需要100μs,系统采用的是固定延时程序所以在预 先设定的延时后89S51直接从ADC0809中读取数据。

主程序开始 采集温度 查询温度 调A/D程序

调显示程序 要控制温度

键盘输入设定值 和设定值比较 启动加热/降温

温度采集和比较 与设定值相等

是 N 否 是

否

3.2.3 温度采样

采样子程序流程图如图所示。

A/D入口 启动

A/D转换 查询EOC 读取转换数据 压缩BCD码 作未压缩处理

整理好的十位和个位 分别存入某地址单元

子程序结果

3.2.4温度标度转换算法

A/D转换器输出的数码虽然代表参数值的大小但是并不代表有量纲的参数

值必须转换成有量纲的数值才能进行显示标度转换有线性转换和非线性转换 两种本设计使用的传感器线性好在测量的量程制内基本能与温度成线性关系。 温度标度转换程序TRAST目的是要把实际采样的二进制值转换的温度值

转换成BCD形式的温度值。对一般的线性仪表来说标度转换公式为 AX=0A+) AA0 mNN NN0 m 0X

式中0A为一次仪表的下限 Am为一次量程仪表的上限为实际测量值工程量为仪表下限所对应的数字量 Nm为仪表上限所应的数字量 NX为测量所得数字量。例如若某热处理仪表量程为200—800℃在某一时刻计算机采样得到的 二进制值U(K)=CDH则相应的温度值为 采样值起始地址送 R0 采样次数送R2 启动AD590 延时

A/D完成 所有采样结束 返回 Y N N AX=0A+) AA0 mNN NN0 m 0X=200+800-200255205=682℃

根据上述算法只要设定热电偶的量程则相应的温度转换子程序TARST

N0 很容易编写只要把这一算式变成程序将A/D转换后经数字滤波处理后的值代 入即可计算出真实的温度值。具体算法如图所示。 保护现场 R0←Am, R1 ←0A 计算 NX-N0 R0←Nm, R1 ←N0 计算 Am-0A 计算) AA0 m/NN0m R0←NX, R1 ←N0 计算 Nm-N0 计算) AA0 mNN NN0 m 0X

R2—0A AX=0A+) AA0 mNN NN0 m 0X

DATA←AX 返 回 3.3 特殊元器件介绍 温度传感器AD590 简介

AD590温度传感器是一种已经IC化的温度传感器它会将温度转换为电流 其规格如下

1、温度每增加1℃它会增加1μA输出电流

2、可测量范围为-55℃至150℃ 3 、供电电压范围为+4V至+30V AD590的输出电流值说明见表。

其输出电流是以绝对温度零度-273℃为基准温度每增加1℃它会增

加1μA输出电流因此在室温25℃时其输出电流Iout=273+25=298μA。 AD590温度与电流的关系 温度与电流的关系 摄氏温度 AD590电流 经10KΩ电压 0℃ 273.2 uA 2.732V 10℃ 283.2 uA 2.832 V 20℃ 293.2 uA 2.932 V 30℃ 303.2 uA 3.032 V 40℃ 313.2 uA 3.132 V 50℃ 323.2 uA 3.232 V 60℃ 333.2 uA 3.332 V 100℃ 373.2 uA 3.732 V 主要特性如下

1 流过器件的电流mA等于器件所处环境的热力学温度开尔文度 数

2AD590的测温范围为-55℃+150℃。

3AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化 电流变化1mA相当于温度变化1℃。AD590可以承受44V正向电压和20V反向 电压因而器件反接也不会被损坏。 4输出电阻为710MΩ。

5精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档其中M档精度最高在-55℃ +150℃范围内非线性误差为±0.3℃。 AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均

温度的具体电路广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、 不需辅助电源、线性好常用于测温和热电偶的冷端补 AD590实际应用电路举例 分析

1AD590的输出电流I=273+TμAT为摄氏温度因此测量的电压 V为273+TμA×10K=2.73+T/100V。为了将电压测量出来又务须使输出 电流I不分流出来我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。 2由于一般电源供应教多器件之后电源是带杂波的因此我们使用齐 纳二极管作为稳压组件再利用可变电阻分压其输出电压V1需调整至2.73V 3接下来我们使用差动放大器其输出Vo为100K/10K×V2-V1=T/10 如果现在为摄氏28℃输出电压为2.8V输出电压接AD转换器那么AD转换 输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。

AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均

温度的具体电路广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、

不需辅助电源、线性好常用于测温和热电偶的冷端补偿。 4 总结 AT89C51单片机体积小重量轻抗干扰能力强对环境要求不高价格

低廉可靠性高灵活性好本文的温度控制系统只是单片机广泛应用于各行 各业中的一例。

设计实现了温度实时测量、显示。本设计温度控制电路具有较高的抗干扰性 实时性方案具有较高的测量精度温度控制实时性更高。在设计过程中首先 在老师的指导下熟悉了系统的工艺进行对象的分析按照要求确定方案。然后 进行硬件和软件的设计。通过设计使我掌握了微型机控制系统I/O接口的使用方 法模拟量输入/输出通道的设计常用显示程序的设计方法数据处理及线性 标度技术基本算法的设计思想。

在做毕业设计之前我对单片机的基本知识了解甚少而C语言虽是接触过 可是没有具体的设计和编辑过所以花了大量的时间去做准备工作。在老师的指 导和帮助下克服了一系列困难终于完成了本设计基于本人能力有限该设计 还有许多不足之处有待改进。

参考文献 [1]钱聪.电子线路分析与设计[M].西安:陕西人民出版社,2000. [2]谈文心,钱聪,宋云娴.模拟集成电路原理与应用[M].西安:西安交通大学出版 社,1994. [3]孙肖子

,邓建国,陈南钱聪.电子设计指南[M].西安:高等教育出版社,2006. [4]HAN Zhi-jun Liu Xin-min.DIGITAL TEMPERATURE SENSOR DS18B20 AND ITS APPLICATION [J]. Nanjing: Journal of Nanjing Institute of Technology(Natural Science Edition).2003 [5]SHEN Li-li,CHEN Zhong-rong. Design of Multi-Channel Test System of Measuring Temperature for Grain Storage Based on CPLD and DS18B20[J].Nanjing: Nanjing University of Information Science & Technology.2008 [6]You Guanjun Hu Yihua Liu Shenlong Zhao Tianxiang. THE CIRCUITRY OF AD590 IC TEMPERATURE SENSOR AND THE APPLICATION IN TEMPERATURE MEASUREMENT AND CONTROL[J].COLLEGE PHYSICAL EXPERIMENT,2000. [7]张国勋. 缩短ICL7135A/D采样程序时间的一种方法[J].电子技术应用 1993第一期. [8]高峰. 单片微型计算机与接口技术[M].北京:科学出版社2003 [9]刘伟,赵骏逸,黄勇. 一种基于C8051单片机的SOC型数据采录的设计与实现 [A].天津:天津市计算机协会单片机分会编 2003 [10]何立民. 单片机高级教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000 [11]李元. 数字电路与逻辑设计[M].南京:南京大学出版社,1997 [12]苏丽萍. 电子技术基础[M].西安:西安电子科技大学,2006 [13]徐江海. 单片机实用教程[M]:机械工业出版社,2003 [14]谢文和. 传感器技术及其应用[M]:高等教育出版社,2004 [15]孟立凡,蓝金辉. 传感器原理与应用[M].电子工业出版社,2000 [16]江晓安. 模拟电子技术 第二版[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004

附录 单片机应用程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit wela=P3^0; sbit dula=P3^1; sbit wr=P3^6; sbit rd=P3^7; sbit cs=P3^5; uchar num; uint a1,b1,c1; uchar table1[]= {0xff,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0x86}; uchar table2[]= {0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x86}; uchar table3[]= {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x86}; void delay(uint z); uchar ad(); void display(uint,uint,uint); void main() { while(1) { switch(ad()) { case 0x00: a1=0,b1=0,b1=0; break; case 0x01: a1=0,b1=0,c1=3; break; case 0x02: a1=0,b1=0,c1=7; break; case 0x03: a1=0,b1=1,c1=1; break; case 0x04: a1=0,b1=1,c1=5; break; case 0x05: a1=0,b1=1,c1=9; break; case 0x06: a1=0,b1=2,c1=3; break; case 0x07: a1=0,b1=2,c1=7; break; case 0x08: a1=0,b1=3,c1=1; break; case 0x09: a1=0,b1=3,c1=5; break; case 0x0a: a1=0,b1=3,c1=9; break; case 0x0b: a1=0,b1=4,c1=2; break; case 0x0c: a1=0,b1=4,c1=6; break; case 0x0d: a1=0,b1=5,c1=0; break; case 0x0e: a1=0,b1=5,c1=4; break; case 0x0f: a1=0,b1=5,c1=8; break; case 0x10: a1=0,b1=6,c1=2; break; case 0x11: a1=0,b1=6,c1=6; break; case 0x12: a1=0,b1=7,c1=0; break; case 0x13: a1=0,b1=7,c1=4; break; case 0x14: a1=0,b1=7,c1=8; break; case 0x15: a1=0,b1=8,c1=2; break; case 0x16: a1=0,b1=8,c1=5; break; case 0x17: a1=0,b1=8,c1=9; break; case 0x18: a1=0,b1=9,c1=3; break; case 0x19: a1=0,b1=9,c1=7; break; case 0x1a: a1=1,b1=0,c1=1; break; case 0x1b: a1=1,b1=0,c1=5; break; case 0x1c: a1=1,b1=0,c1=9; break; case 0x1d: a1=1,b1=1,c1=3; break; case 0x1e: a1=1,b1=1,c1=7; break; case 0x1f: a1=1,b1=2,c1=1; break; case 0x20: a1=1,b1=2,c1=5; break; case 0x21: a1=1,b1=2,c1=8; break; case 0x22: a1=1,b1=3,c1=2; break; case 0x23: a1=1,b1=3,c1=6; break; case 0x24: a1=1,b1=4,c1=0; break; case 0x25: a1=1,b1=4,c1=4; break; case 0x26: a1=1,b1=4,c1=8; break; case 0x27: a1=1,b1=5,c1=2; break; case 0x28: a1=1,b1=5,c1=6; break; case 0x29: a1=1,b1=6,c1=0; break; case 0x2a: a1=1,b1=6,c1=4; break; case 0x2b: a1=1,b1=6,c1=8; break; case 0x2c: a1=1,b1=7,c1=2; break; case 0x2d: a1=1,b1=7,c1=5; break; case 0x2e: a1=1,b1=7,c1=9; break; case 0x2f: a1=1,b1=8,c1=3; break; case 0x30: a1=1,b1=8,c1=7; break; case 0x31: a1=1,b1=9,c1=1; break; case 0x32: a1=1,b1=9,c1=5; break; case 0x33: a1=1,b1=9,c1=9; break; case 0x34: a1=2,b1=0,c1=3; break; case 0x35: a1=2,b1=0,c1=7; break; case 0x36: a1=2,b1=1,c1=1; break; case 0x37: a1=2,b1=1,c1=4; break; case 0x38: a1=2,b1=1,c1=8; break; case 0x39: a1=2,b1=2,c1=2; break; case 0x3a: a1=2,b1=2,c1=6; break; case 0x3b: a1=2,b1=3,c1=0; break; case 0x3c: a1=2,b1=3,c1=4; break; case 0x3d: a1=2,b1=3,c1=8; break; case 0x3e: a1=2,b1=4,c1=2; break; case 0x3f: a1=2,b1=4,c1=6; break; case 0x40: a1=2,b1=5,c1=0; break; case 0x41: a1=2,b1=5,c1=3; break; case 0x42: a1=2,b1=5,c1=7; break; case 0x43: a1=2,b1=6,c1=1; break; case 0x44: a1=2,b1=6,c1=5; break; case 0x45: a1=2,b1=6,c1=9; break; case 0x46: a1=2,b1=7,c1=3; break; case 0x47: a1=2,b1=7,c1=7; break; case 0x48: a1=2,b1=8,c1=1; break; case 0x49: a1=2,b1=8,c1=5; break; case 0x4a: a1=2,b1=8,c1=9; break; case 0x4b: a1=2,b1=9,c1=3; break; case 0x4c: a1=2,b1=9,c1=6; break; case 0x4d: a1=3,b1=0,c1=0; break; case 0x4e: a1=3,b1=0,c1=4; break; case 0x4f: a1=3,b1=0,c1=8; break; case 0x50: a1=3,b1=1,c1=2; break; case 0x51: a1=3,b1=1,c1=6; break; case 0x52: a1=3,b1=2,c1=0; break; case 0x53: a1=3,b1=2,c1=4; break; case 0x54: a1=3,b1=2,c1=8; break; case 0x55: a1=3,b1=3,c1=2; break; case 0x56: a1=3,b1=3,c1=5; break; case 0x57: a1=3,b1=3,c1=9; break; case 0x58: a1=3,b1=4,c1=3; break; case 0x59: a1=3,b1=4,c1=7; break; case 0x5a: a1=3,b1=5,c1=1; break; case 0x5b: a1=3,b1=5,c1=5; break; case 0x5c: a1=3,b1=5,c1=9; break; case 0x5d: a1=3,b1=6,c1=3; break; case 0x5e: a1=3,b1=6,c1=7; break; case 0x5f: a1=3,b1=7,c1=1; break; case 0x60: a1=3,b1=7,c1=5; break; case 0x61: a1=3,b1=7,c1=8; break; case 0x62: a1=3,b1=8,c1=2; break; case 0x63: a1=3,b1=8,c1=6; break; case 0x64: a1=3,b1=9,c1=0; break; case 0x65: a1=3,b1=9,c1=4; break; case 0x66: a1=3,b1=9,c1=8; break; case 0x67: a1=4,b1=0,c1=2; break; case 0x68: a1=4,b1=0,c1=6; break; case 0x69: a1=4,b1=1,c1=0; break; case 0x6a: a1=4,b1=1,c1=4; break; case 0x6b: a1=4,b1=1,c1=8; break; case 0x6c: a1=4,b1=2,c1=1; break; case 0x6d: a1=4,b1=2,c1=5; break; case 0x6e: a1=4,b1=2,c1=9; break; case 0x6f: a1=4,b1=3,c1=3; break; case 0x70: a1=4,b1=3,c1=7; break; case 0x71: a1=4,b1=4,c1=1; break; case 0x72: a1=4,b1=4,c1=5; break; case 0x73: a1=4,b1=4,c1=9; break; case 0x74: a1=4,b1=5,c1=3; break; case 0x75: a1=4,b1=5,c1=7; break; case 0x76: a1=4,b1=6,c1=0; break; case 0x77: a1=4,b1=6,c1=4; break; case 0x78: a1=4,b1=6,c1=8; break; case 0x79: a1=4,b1=7,c1=2; break; case 0x7a: a1=4,b1=7,c1=6; break; case 0x7b: a1=4,b1=8,c1=0; break; case 0x7c: a1=4,b1=8,c1=4; break; case 0x7d: a1=4,b1=8,c1=8; break; case 0x7e: a1=4,b1=9,c1=2; break; case 0x7f: a1=4,b1=9,c1=6; break; case 0x80: a1=5,b1=0,c1=0; break; case 0x81: a1=5,b1=0,c1=3; break; case 0x82: a1=5,b1=0,c1=7; break; case 0x83: a1=5,b1=1,c1=1; break; case 0x84: a1=5,b1=1,c1=5; break; case 0x85: a1=5,b1=1,c1=9; break; case 0x86: a1=5,b1=2,c1=3; break; case 0x87: a1=5,b1=2,c1=7; break; case 0x88: a1=5,b1=3,c1=1; break; case 0x89: a1=5,b1=3,c1=5; break; case 0x8a: a1=5,b1=3,c1=9; break; case 0x8b: a1=5,b1=4,c1=3; break; case 0x8c: a1=5,b1=4,c1=6; break; case 0x8d: a1=5,b1=5,c1=0; break; case 0x8e: a1=5,b1=5,c1=4; break; case 0x8f: a1=5,b1=5,c1=8; break; case 0x90: a1=5,b1=6,c1=2; break; case 0x91: a1=5,b1=6,c1=6; break; case 0x92: a1=5,b1=7,c1=0; break; case 0x93: a1=5,b1=7,c1=4; break; case 0x94: a1=5,b1=7,c1=8; break; case 0x95: a1=5,b1=8,c1=2; break; case 0x96: a1=5,b1=8,c1=5; break; case 0x97: a1=5,b1=8,c1=9; break; case 0x98: a1=5,b1=9,c1=3; break; case 0x99: a1=5,b1=9,c1=7; break; case 0x9a: a1=6,b1=0,c1=1; break; case 0x9b: a1=6,b1=0,c1=5; break; case 0x9c: a1=6,b1=0,c1=9; break; case 0x9d: a1=6,b1=1,c1=3; break; case 0x9e: a1=6,b1=1,c1=7; break; case 0x9f: a1=6,b1=2,c1=1; break; case 0xa0: a1=6,b1=2,c1=5; break; case 0xa1: a1=6,b1=2,c1=8; break; case 0xa2: a1=6,b1=3,c1=2; break; case 0xa3: a1=6,b1=3,c1=6; break; case 0xa4: a1=6,b1=4,c1=0; break; case 0xa5: a1=6,b1=4,c1=4; break; case 0xa6: a1=6,b1=4,c1=8; break; case 0xa7: a1=6,b1=5,c1=2; break; //65.2 default: a1=7,b1=10,c1=10;break; } display(a1,b1,c1); } }

uchar ad() { cs=1; wr=1; cs=0; wr=0; delay(1); wr=1; cs=1; rd=1; delay(3); cs=0; rd=0; num=P1; delay(1); rd=1; cs=1; delay(50); return num; } void display(uint a,uint b,uint c) { P2=0x00; wela=1; P2=0x80; wela=0; P2=0xff; dula=1; P2=table1[a]; dula=0; delay(10); //第一位 P2=0x00; wela=1; P2=0x40; wela=0; P2=0xff; dula=1; P2=table2[b]; dula=0; delay(10); //第二位 P2=0x00; wela=1; P2=0x20; wela=0; P2=0xff; dula=1; P2=table3[c]; dula=0; delay(10); //第三位 P2=0x00; wela=1; P2=0x10; wela=0; P2=0xff; dula=1; P2=0xc6; dula=0; delay(10); //第四位 P2=0x00; wela=1; P2=0x00; wela=1; delay(10); } void delay(uint z) { uint t1,y; for(t1=z;t1>0;t1--) for(y=10;y>0;y--); }

第三篇：温度传感器的特性及应用设计

08电子李建龙081180241061 温度传感器的特性及应用设计

集成温度传感器是将作为感温器件的晶体管及其外围电路集成在同一芯片上的集成化温度传感器。这类传感器已在科研，工业和家用电器等方面、广泛用于温度的精确测量和控制。

一、 目的要求 1. 2. 测量温度传感器的伏安特性及温度特性，了解其应用。

利用AD590集成温度传感器，设计制作测量范围20℃～100℃的数字

显示测温装置。 3. 4. 对设计的测温装置进行定标和标定实验，并测定其温度特性。 写出完整的设计实验报告。

二、 仪器装置

AD590集成温度传感器、变阻器、导线、数字电压表、数显温度加热设备等。

三、 实验原理图

AD590

R=1KΩ

E=(0-30V)

四、实验内容与步骤

㈠测量伏安特性――确定其工作电压范围 ⒈按图摆好仪器，并用回路法连接好线路。

⒉注意，温度传感器内阻比较大，大约为20MΩ左右，电源电压E基本上都加在了温度传感器两端，即U=E。选择R4=1KΩ，温度传感器的输出电流I=V/R4=V(mV)/1KΩ=│V│(μA)。

⒊在0～100℃的范围内加温，选择0.0 、10.0、20.0……90.0、100.0℃，分别测量在0.0、1.0、2.0……25.0、30.0V时的输出电流大小。填入数据表格。

⒋根据数据，描绘V～I特性曲线。可以看到从3V到30V，基本是一条水平线，说明在此范围内，温度传感器都能够正常工作。

⒌根据V～I特性曲线，确定工作电压范围。一般确定在5V～25V为额定工作电压范围。

㈡测量温度特性――确定其工作温度范围

⒈按图连接好线路。选择工作电压为10V，输出电流为I=V/R4=V(mV)/1KΩ=│V│(μA)。

⒉升温测量：在0～100℃的范围内加热，选择0.0 、10.0、20.0……90.0、100.0℃时，分别同时测量输出电流大小。将数据填入数据表格。

注意：一定要温度稳定时再读输出电流值大小。由于温度传感器的灵敏度很高，大约为k=1μA/℃，所以，温度的改变量基本等于输出电流的改变量。因此，其温度特性曲线是一条斜率为k=1的直线。 ⒊根据数据，描绘I～T温度特性曲线。

⒋根据I～T温度特性曲线，求出曲线斜率及灵敏度。

⒌根据I～T温度特性曲线，在线性区域内确定其工作温度范围。 ㈢实验数据: ⒈温度特性

结论：

由IT特性曲线可知：AD590的灵敏度为：K=1 μΑ/ ℃; 工作温度范围大于20 ℃ ～100 ℃ 。 ⒉伏安特性

由V～I特性曲线可知：温度传感器工作电压从3V到30V。(一般确定为：5V～30V)

四、探索与设计

㈠利用温度传感器，设计一个数码显示温度计

用AD590集成温度传感器制作一个热力学温度计，画出电路图，说明调节方法。

原理图 ⒈按图摆好仪器，并用回路法连接好线路。

⒉绝对零度定标：将电源负极C端认为是绝对零度T0=-273.15℃，将电路B端认为是0℃，则从C到B，温度每变化1℃，压变化1mV，所以，UBC=273.15mV。因此，调整R

2、R3电阻大小，使UBC=273.15mV。这就是绝对零度定标。 ⒊室温TS定标：同理，将温度传感器放置于室温为TS的水中，认为电路A端是TS℃。因此，应当有UAB=│TS│mV。调整R4电阻大小，使UAB=│TS│mV。这就是室温TS定标。

⒋升温测量：如将表头分度值标定为1℃，就从0℃开始，每升高1℃测量一次输出电压(电流)大小。如将表头分度值标定为5℃，就从0℃开始，每升高5℃测量一次输出电压(电流)大小。

⒌将升降温的数据填入数据表格，准备数据处理。

⒍根据数据，描绘(电压～温度)V～T特性曲线。根据V～T特性曲线，将数字式(或指针式)电压表重新标定为温度表。

⒎温度计的改装

: 根据左图V～T特性曲线,将电压表重新标定为温度计,间隔为5 ℃

㈡利用温度传感器设计温差温度计 ⒈原理图:

⒉温差温度计的调节方法: 按A图用回路法接好电路

绝对零度定标:将C端认为是绝对零度-273.15 ℃,将B端认为是0 ℃.调整R2,R3电阻的大小(实验如图标记),使UBC=273.15mV 室温TS定标:将两个传感器置于室温TS的水中,认为A、D端是TS=20 ℃.调整R

4、R5的大小(实验如图标记),使UAB= UDB =20mV 再按B图接好电路

升温测量:将D端温度保持室温(20 ℃),A端每升高5 ℃测量一次输出电压 根据数据,绘制V～T特性曲线,将电压表重新标定为温差温度计 ⒊温差温度计的改装: 改装: 根据左图V～T特性曲线,将电压表重新标定为温差温度计,间隔为5 ℃㈢创新设计的优缺点: 优点: AD590互换性好,抗干扰能力强,温度与电压呈良好的线性关系,精度高

加热设备采用水浴加热,可以防止极间短路;试管中加入煤油,保证AD590与杜瓦瓶中水之间有良好的热传递 缺点: AD590的灵敏度可能不是严格的1 μA/ ℃,使温度计误差增大 升温测量中,温度不好控制

由于条件限制,温度计只能从室温开始测温 温度计表头分度值为5 ℃,灵敏度比较小

温差温度计的升温测量的间隔温度为5 ℃,灵敏度比较小

第四篇：基于NRF2401的无线温度传感器的设计论文

摘要：为了解决传统的温度传感器多点温度测量时的繁杂的布线问题，设计了一种基于单片机技术和无线通讯技术的无线温度传感器。采用无线收发芯片NRF2401和数字温度计DSl8820构成硬件平台，通过EnhancedShockBurstTM收发模式实现对温度数据的传输，采用高增益天线使覆盖区域达到200m范围。

关键词：NRF2401;DSl8820;无线温度传感器

为了解决传统的温度传感器多点温度测量时的繁杂的布线问题，从传统的温度传感器人手，设计了一种基于单片机技术和无线通讯技术的无线温度传感器，本文详细介绍系统的实现。

1系统的设计与实现

1.1总体结构框架

无线温度传感器的系统的总体结构主要包括两个部分：一是温度采集电路，其作用是测量温度并将测量到的温度数据发射给主机;另外一部分是温度信息处理电路，其作用是收集所有的温度信息，处理并显示出这些信息，同时还可以将这些数据传输到PC机上。

1.2数字温度计DS18820

DS18820是一种分辨率可编程设置的单总线数字温度计，它的测温区间从-55℃～+125℃。温度输出位数从9bit～12bit，用户可以通过程序来控制，将温度转化成12bit的数字字节的最大耗时仅需750ms。每一片DSl8820都有唯一的64位序列码，从而允许多片DS18820共存于同一根单总线上，因此用一块单片机可以控制一片区域的温度采集。DSl8820外观和接口如图1和图2所示：

它有3个引脚，1脚为GND电源地;2脚为DQ数字信号输入输出引脚，DS18820通过1根数据总线与单片机进行双向通讯;3脚为VDD外接供电电源输入端。DS18820的供电方式有两种：一种是通过数据线提供寄生电源，此时3脚接地;另一种是直接在VDD上提供电源，供电电压范围为3.0V～5.5V。

1.3单片机的选择

本系统中在温度采集电路和温度信息处理电路中都需要用到单片机，而且单片机是做为系统控制核心。在温度采集电路中对单片机的功耗要求较高而在信息处理电路中对单片机的处理速度有一定的要求。基于价格和电路设计方便的考虑，采用华邦W78E052，它的指令和引脚序列与MCS51兼容，编程简单方便。它最大支持40MHz时钟，供电电压范围宽(2.4V～5.5V)，采用3.3V供电，它的10口可以很方便的与DSl8820和NRF2401直接连接。W78E052内部包含2个外部中断、3个定时计数中断和看门狗计时器，用在本系统中具有相当高的性价比。

1.4无线收发模块

NRF2401是一款工作在2.4GHz～2.5GHz的集接收和发送于一体的单片无线通讯芯片。它的无线收发器由频率发生器、增强型模SchockBurstTM式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器等部分组成。可以通过SPI接口来设置协议、功率输出和频道选择。它具有较低的电流消耗，供电电压1.9V～3.6V。

2软件的设计

2.1温度采集

DSl8820是以12位输出的，此时的测温分辨率是0.0625。输出的数据是二进制补码格式，低4位为小数位，最高位为符号位。如果是正温度，读出的数据乘以0.0625便是当前的温度值;负温度得转化为正值再相乘。12位输出的耗时是750ms，如果需要提高转换速度，可以选择减少输出位数(如9位最大耗时仅约94ms)，但是测温精度有所下降。如果是单片的DSl8820工作，在启动温度转换和度暂存存储器操作命令时可以跳过64位ROM地址匹配。

2.2无线收发

NRF2401有4种工作模式，分别是收发模式，配置模式，空闲模式和关机模式，这四种模式可由PWR_UP寄存器、PRIM_RX寄存器和CE引脚决定。其中收发模式又有EnhancedShockBurstTM、ShockBurstTM和直接收发模式3种，收发模式由配置字来决定。使用EnhancedShockBurstTM收发模式系统编程相对简单，在这种模式下只需改变一个字节的内容便可以实现接收和发送模式的切换，而且稳定性较高。

2.3系统软件框架

温度采集模块的主要工作是采集温度数据并将数据发送给温度信息处理模块，温度采集模块每2s采集并且发送一次。温度信息处理模块可以工作在两种模式：单机模式和联机模式，这两种模式可以通过按键来设定。单机模式下，将各个温度采集模块上采集过来的温度实时显示出来，预先設定的数据进行比较，如果某一处超过警界值，则启动相应的处理措施并发出报警。而在联机模式下，模块则将采集到的数据通过RS232发给上位机，并执行上位机发出的命令。

3结语

本系统的温度测量误差在±0.1℃以内。用板载天线在空旷地的数据传输距离可达40m，如果采用高增益天线可以将通讯距离增大到100m以上，这样覆盖区域可达到200m的范围，从而避免了繁杂的布线的问题。如果要将通讯距离进一步加大，可以在发射端增加功率放大器模块，在接收端加低噪声放大器模块，这样可以大大提升通讯距离。

第五篇：热电偶温度传感器信号调理电路设计与仿真介绍

电子工艺设计

录

第1章 绪 论 ......................................................................................................... 1 1.1 课题背景与意义 .......................................................................................... 1 1.2 设计目的与要求 .......................................................................................... 1 1.2.1 设计目的 ........................................................................................... 1 1.2.2 设计要求 ........................................................................................... 1 第2章 设计原理与内容 ........................................................................................... 2

2.1 热电偶的种类及工作原理.............................................................................3

2.1.

1热电偶的种类....................................................................................3

2.1.2 工作原理分析....................................................................................4

2.2 设计内容 ...................................................................................................... 4 2.2.1 总体设计 ........................................................................................... 4 2.2.2 原理图设计 ....................................................................................... 5 2.2.3 可靠性和抗干扰设计 ....................................................................... 7 第3章 器件选型与电路仿真 ................................................................................... 8 3.1 器件选型说明 .............................................................................................. 8 3.2 电路仿真 ...................................................................................................... 8 第4章 设计心得与体会 ........................................................................................... 9 参考文献 ..................................................................................................................... 10 附录1：电路原理图 ................................................................................................... 11 附录2：PCB图 ............................................................................................................ 11 附录3：PCB效果图 .................................................................................................... 11

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第1章 绪 论

1.1 课题背景与意义

温度是一个基本的物理量，在工业生产和实验研究中，如机械、食品、化工、电力、石油、等领域，温度常常是表征对象和过程状态的重要参数，温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。本设计中正是关于温度的测量，采用热电偶温度测量具有很多的好处，它具有结构简单，制作方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。

同时，热电偶作为有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常在日常生活中被应用，如测量炉子，管道内的气体或液体温度及固体的表面温度。热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶可直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。

1.2 设计目的与要求 1.2.1 设计目的

(1) 了解常用电子元器件基本知识(电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路); (2) 了解印刷电路板的设计和制作过程; (3) 掌握电子元器件选型的基本原理和方法;

(4) 了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧;

(5) 掌握热电偶温度传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。

1.2.2 设计要求

选用热电偶温度传感器进行温度测量，要求测温范围100-300℃、精度为0.1℃。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求：

(1)将传感器输出4.096-12.209mV的信号转换为0-5V直流电压信号; (2)对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据; (3)电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容; (4)电路的基本工作原理应有一定说明;

(5)电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性

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第2章 设计原理与内容

2.1 热电偶的种类及工作原理 2.1.1 热电偶种类

1、K型热电偶镍铬

K型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶，可测量0～1300℃的介质温度，适宜在氧化性及惰性气体中连续使用，短期使用温度为1200℃，长期使用温度为1000℃，其热电势与温度的关系近似线性，是目前用量最大的热电偶。然而，它不适宜在真空、含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛下裸丝使用;当氧分压较低时，镍铬极中的铬将择优氧化，使热电势发生很大变化，但金属气体对其影响较小，因此，多采用金属制保护管。K型热电偶缺点：

(1)热电势的高温稳定性较N型热电偶及贵重金属热电偶差，在较高温度下(例如超过1000℃)往往因氧化而损坏;

(2)在250～500℃范围内短期热循环稳定性不好，即在同一温度点，在升温降温过程中，其热电势示值不一样，其差值可达2～3℃;

(3)其负极在150～200℃范围内要发生磁性转变，致使在室温至230℃范围内分度值往往偏离分度表，尤其是在磁场中使用时往往出现与时间无关的热电势干扰;

(4)长期处于高通量中系统辐照环境下，由于负极中的锰(Mn)、钴(CO)等元素发生蜕变，使其稳定性欠佳，致使热电势发生较大变化。

2、S型热电偶

该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金，负极为纯铂。 其特点是：

(1)热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃ 超达1400℃时，即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶，使晶粒粗大而断裂; (2)精度高，在所有热电偶中准确度等级最高，通常用作标准或测量较高温度; (3)使用范围较广，均匀性及互换性好;

(4)主要缺点有：微分热电势较小，因而灵敏度较低;价格较贵，机械强度低，不适宜在原

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性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。

3、E型热电偶(镍铬-铜镍[康铜]热电偶) E型热电偶为一种较新产品，正极为镍铬合金，负极为铜镍合金(康铜)。其最大特是 在常用的热电偶中，其热电势最大，即灵敏度最高;它的应用范围虽不及K型偶广泛但要 求灵敏度高、热导率低、可容许大电阻的条件下，常常被选用;使用中的限制条件与型相 同，但对于含有较高湿度气氛的腐蚀不很敏感。

4、N型热电偶(镍铬硅-镍硅热电偶)

该热电偶的主要特点：在1300℃以下调温抗氧化能力强，长期稳定性及短期热循环复现性好，耐核辐射及耐低温性能好，另外，在400～1300℃范围内，N型热电偶的热电特性的线性比K型偶要好;但在低温范围内(-200～400℃)的非线性误差较大，同时，材料较 硬难于加工。

5、J型热电偶(铁-康铜热电偶)

J 型热电偶：该热电偶的正极为纯铁，负极为康铜(铜镍合金)，具特点是价格便宜,适 用于真空氧化的还原或惰性气氛中，温度范围从-200～800℃，但常用温度只在500℃以下， 因为超过这个温度后，铁热电极的氧化速率加快，如采用粗线径的丝材，尚可在高温中使用且有较长的寿命;该热电偶能耐氢气(H2)及一氧化碳(CO)气体腐蚀，但不能在高温(例如500℃)含硫(S)的气氛中使用。

6、T型热电偶(铜-铜镍热电偶)

T型热电电偶：该热电偶的正极为纯铜，负极为铜镍合金(也称康铜)，其主要特点是： 在贱金属热电偶中，它的准确度最高、热电极的均匀性好;它的使用温度是-200～350℃， 因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过300℃， 在-200～300℃范围内，它们灵敏度比较高，铜-康铜热电偶还有一个特点是价格便宜，是 常用几种定型产品中最便宜的一种。

7、R型热电偶(铂铑13-铂热电偶) 该热电偶的正极为含13%的铂铑合金，负极为纯铂，同S 型相比，它的电势率大15% 左右，其它性能几乎相同，该种热电偶在日本产业界，作为高温热电偶用得最多，而在中国，则用得较少。

热电偶通常分为标准化热电偶和非标准化热电偶两类。标准化热电偶是指制造工艺比

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较成熟，应用广泛，能成批生产，性能优良而稳定，并以利用工业标准化元件中的那些热电偶。标准化热电偶具有统一的分度表，常见的七种标准热电偶是R型、S型、B型、K型、E型、J型、T型。N型热电偶为廉金属热电偶，是一种最新国际标准化的热电偶。

2.1.2 工作原理分析

热电温度计是由热电偶、补偿导线及测量仪表构成的。其中热电偶是敏感元件, 它由两种不同的导体A 和B 连接在一起, 构成一个闭合回路, 当两个连接点1 与2 的温度不同时, 由于热电效应,回路中就会产生零点几到几十毫伏的热电动势, 记为EAB 。接点1 在测量时被置于测场所, 故称为测量端或工作端。接点2 则要求恒定在某一温度下,称为参考端或自由端, 如图1 所示。

实验证明, 当电极材料选定后, 热电偶的热电动势仅与两个接点的温度有关, 即 . 比例系数SAB 称为热电动势率, 它是热电偶最重要的特征量。当两接点的温度分别为t1 , t2 时, 回路总的热电动势为

, 式中eAB ( t1 ) 、eAB ( t2 ) 分别为接点的分热电动势。

对于已选定材料的热电偶, 当其自由端温度恒定时, eAB ( t2 ) 为常数, 这样回路总的热电动势仅为工作温度t1 的单值函数。所以, 通过测量热电动势的方法就可以测量工作点的实际温度

图 1 热电偶原理图

2.2 设计内容 2.2.1 总体设计

本设计需要测量温度为100到300度，选用K型热电偶，在将测量所得电压进行放大

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处理。

K型热电偶作为一种温度传感器，K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。

K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。K型热电偶丝直径一般为1.2～4.0mm。 正极(KP)的名义化学成分为：Ni：Cr=92：12，负极(KN)的名义化学成分为：Ni：Si=99：3，其使用温度为-200~1300℃。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛.，热电偶测量输出的信号为4.096-12.209mV，我们用信号调理电路将其转换为0-5V直流电压信号

此信号调理电路由一个减法放大器和一个同相比例放大器组成，减法放大器一端电压接4.096 mV，这样在经过减法器的时候电压变化范围就会变成4.096-8.113mV，再由比例放大器输出，就会得到0-5V直流电压信号. 2.2.2 原理图设计

同相输入放大电路如图2所示，信号电压通过电阻RS加到运放的同相输入端，输出电压vo通过电阻R1和Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。

根据虚短、虚断的概念有vN= vP= vS，i1=if

于是求得所以该电路实现同相比例运算。 同相比例运算电路的特点如下 1.输入电阻很高，输出电阻很低。

2.由于vN= vP= vS，电路不存在虚地，且运放存在共模输入信号，因此要求运放有较高的共模抑制比。

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图 2 同相比例放大电路

差分式减法运算电路

电路原理：差分式减法运算电路是利用一级运放实现的电路，图1所示。要进行运算的两路信号分别由运放的同相和反相输入端送入，这是一种差分输入方式。由于存在着负反馈，电路属于线性电路，因此，可以利用叠加定理分析求解电路输出电压与输入电压之间关系。

图3 减法电路图

当令ui1单独作用时，ui2=0，电路实质是一个反相输入比例电路，如图所示，输出端电压

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uo1=-R3*ui1/R2 (2-2-1) 电阻R2//R3，只起平衡作用，不影响电路输入输出关系。当u2单独作用时，令ui1=0,此时电路实质是所分析的同相输入比例电路。分析结果得：

uo2=(1+R3/R2)*Rf*ui2/(R+Ri) (2-2-2) 最后，利用叠加定理就可以求出输入信号ui1和ui2共同作用时，输出电压为 uo=uo1+uo2=-R3*ui1/R2+R3*ui2/R2=R3(ui2-ui1)/R2 (2-2-3) 若取R3=R2，则有 uo=ui2-ui1从而实现对输入信号的减法运算。减法运算也可以看成是对两个输入信号的差进行放大，所以此电路也广泛应用于自动检测仪器中，实现对输入信号的检测。

2.2.3 可靠性和抗干扰设计

抗干扰的应用包括避免强磁场 ，补偿导线加屏蔽动力电缆 ，与信号线、 分开布线、 保持距离 。系统产生干扰的原因有很多， 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰，造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差，因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此，要保证系统稳定和可靠的运行，“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。 解决“接地环路”的方法 根据理论和实践分析，有三种解决方案： 第一种方案：所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但在实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保人生安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。第二种方案：使两接地点的电势相同，但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案其实在实际中无法完全能做到。第三种方案：在各个过程环路中使用信号隔离方法，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决接地环路问题

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第3章 器件选型与电路仿真

3.1 器件选型说明

在热电偶测温传感器信号调理电路中，用到了电阻、集成运算放大器等。具体如下表所示：

表1所用元器件清单表

器件类型 K型热电偶 电阻 放大器

数量 1 6 2

单价 128.00 0.02 2.60

合计 128.00 0.12 5.20 3.2 电路仿真

Proteus电路仿真软件功能非常强大，在电路设计中，能够直观有效的观察电路的运行状态，工作点和电路参数，利用仿真来调整电路参数达到设计目的，有事半功倍的效果，尤其在单片机程序调试过程中，无需搭建实验电路板，能够跟Keil C单片机程序开发软件直接联调，方便快捷的调试单片机的程序，进行单片机系统的设计开发，在仪器的开发设计中，能够有效地提高效率，减少试验成本，缩短开发周期。根据电路原理，将信号放大电路、温度采集电路、模拟开关，统一设计在一个电路原理图中。使用proteus软件的仿真功能，得到如图4-1所示：

4-1总体电路图

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第4章 设计心得与体会

本次课程设计我们的选题是热电偶温度传感器信号调理电路设计与仿真，通过本周的课程设计。我对电子元器件基本知识(电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路)有了更多的了解，增长了知识也对自己所学的知识有了新的认识，同时也可以真的切实的将所学的知识应用到实践当中，这让我对所学的课程知识和软件的认知更加深刻，了解了如何利用仿真软件进行简单的电路的调试，

通过本次课设，我深刻意识到纸上谈兵对知识的认知终究只能停留在表面，只有通过实验才能对知识有更好更深刻的理解与感悟。很高兴我能有这个机会和大家共同交流学习，从中学到了很多。同时也发现自己对于软件使用方面仍有不足，在今后应该加强.

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参考文献

[1]徐德炳译，《传感器的接口及信号调理电路》，北京：国防工业出版社，1984年 [2]刘宏，《电子工艺实习》，广州：华南理工大学出版社，2009年 [3]俞雅珍，《电子工艺技术》，上海：复旦大学出版社，2007年 [4]康华光，《模拟电子技术》，北京：高等教育出版社，2004年

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附录1：电路原理图

附录2：PCB图

附录3：PCB效果图

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