温度测量论文

0目录摘要………………………………………………………………………………………1引言………………………………………………………………………………………2一概述…………………………………………………………………………………3二课题要求……………………………………………………………………………3（一）利用电压型温度传感器采集室温………………………………………………3（二）采用A/D转换器转换信号………………………………………………………3（三）时时显示转换后的室温…………………………………………………………3（四）通过单片机实现高温、低温报警………………………………………………3三方案比较……………………………………………………………………………3（一）测量部分方案比较………………………………………………………………3（二）显示部分方案比较………………………………………………………………4四系统整体硬件设计方案……………………………………………………………4（一）系统工作原理概述………………………………………………………………4（二）传感器及放大电路………………………………………………………………5（三）A/D转换电路……………………………………………………………………7(四)单片机AT89C51…………………………………………………………………9（五）报警电路…………………………………………………………………………12（六）译码、驱动电路…………………………………………………………………12（七）LED显示电路……………………………………………………………………14五程序控制……………………………………………………………………………15（一）介绍………………………………………………………………………………15（二）总程序流程图……………………………………………………………………15（三）程序………………………………………………………………………………15致谢词……………………………………………………………………………………18参考文献…………………………………………………………………………………19翻译（英文）……………………………………………………………………………20翻译（中文）……………………………………………………………………………261摘要：随着微型计算机和传感器技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，仓库的温度和湿度自动监测控制方面的研究有了明显的进展。美国、日本的仓库监测设施近20年来发展很快，他们结合本国条件做出了具有创新特色的成就，其中仓库环境调控技术均有较高水平，但其监控设备价格昂贵。我国近年引进了多达16个国家和地区的仓库环境控制系统，对吸收国外先进经验、推动仓库温度湿度自动检测产生了积极的作用，但多因能耗过大，造价高，品种未能配套，未能达到很好的效果。中国的仓库环境综合控制系统必须走适合中国国情的发展道路，在引进、消化、吸收国内外先进技术和科学管理的基础上，进行总结提高、集成创新、超前示范，既开发适宜我国经济发展水平，又能满足不同气候条件，接近或达到世界先进水平的智能化仓库监测系统。在专用品种、综合配套技术、贮运营销上，应该研制具有中国知识产权的产品和技术。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，但是在很多的电子产品中用到的那些温度检测与控制电路通常较复杂，成本也高。本系统是以AT89C51单片机为核心，采用A/D转换器（ADC0804）将模拟信号转换为数字信号，采用LM35D电压型温度传感器采集室温，实现温度显示，高温、低温报警的一种低成本解决方案，内容涉及到单片机温控系统，实现宽量程高精度自动测量，时时显示．经实验调试，用该方法对0--100℃范围的温度测量时，测量误差+0.4℃。它具有成本低廉、系统运行可靠、抗干扰性能强等特点。关键词：AT89C51温度传感器转换器ADC0804一、课题概述如今，随着科学技术的发展，传感器的种类也日益增多，如AD公司生产的模拟电压输出型的温度传感器TMP35/36/37，它主要应用于环境控制系统、过热保护、工业过程控制、火灾报警系统、电源系统监控、仪器散热风扇控制等。还有NATIONALSEMICONDUCTOR生产的与微处理器相结合的测温及温度控制、管理的温度测量控制器LM80，它主要应用于个人计算机及服务器的硬件及系统的温度监控、办公室设备、电子测试设备等。以及MAXIN公司生产的PWM风扇控制器及遥控温度传感器MAX1669，它主要应用于CPU冷却控制。因此，测量外界的温度也有很多种方法，然而，由于热敏电阻及其放大电路受到环境的影响，在不同的条件下会出现不同的测温偏差；TMP35/36/37，LM80，MAX1669这些传感器的造价又太高，在相同条件下，由于测温精度、处理精度等多方面的因素，不同的通道也会出现不同的偏差，因此必须采用一种灵活的修正方式，这便用到了电压型温度传感器LM35D，它的线性好（10mV/℃），宽量程（0--100℃）高精度（+0.4℃），低成本，而且采集到的是电压型信号，易于处理，使得电路简单实用。2采集到的微弱电压信号经过放大器OP07放大十倍后送入ADC0804的输入端，A/D转换器（ADC0804）将模拟信号转换为数字信号后传给AT89C51，该系统以AT89C51单片机为核心，通过单片机编程可以实现高温（50℃）、低温（10℃）报警的控制，以及预置温度的控制，然后经过P1口将数字信号传送给74LS138译码器以及驱动器CD4511使LED八段数码管动态显示室温。经实验调试，用该方法对0--100℃范围的温度测量时，测量误差+0.4℃，可靠性好、抗干扰性能强。采用MCS－51系列单片机作为核心监控器对外界温度进行测量。这样，既可以降低对温度传感器和放大电路的要求二、课题要求（一）利用电压型温度传感器LM35D采集室温并产生10mv/℃的电压信号（二）采用A/D转换器将放大后的模拟信号转换为数字信号（三）时时显示转换后的室温（四）通过单片机实现高温、低温报警三、方案比较2.1系统总体方案的选择方案1：基于MCS-51系列单片机嵌入式系统的温湿度检测控制系统该系统由温度传感器、湿度传感器、8031嵌入式系统、加热设备、加湿设备几部分组成。结构原理框图如图2-2所示。]8[通过温度传感器和湿度传感器测量温室内的温湿度经过AD转换送入8031进行处理，测量结果通过显示电路进行显示。现场传感器传感器特定接口输入/输出电源RAM处理单元键盘显示电路A/D转换图2-2系统结构原理图方案2：基于MSP430F1232单片机的温湿度检测系统设计]9[本方案采用分别设计温度和湿度采样电路如图2-3所示，将集成温度传感器采3集得到的电流信号和湿度传感器采集到的电压信号转换为给定范围内的电压信号。然后由MSP430F1232单片机的AD采样端口将该电压信号读入，如果温度小于门限值或者湿度大于门限值就给出报警信号，门限值可以通过按键进行设定。传感器传感器信号调理电路MSP430F1232EPROM键盘和LED显示正常或告警指示电路通讯模块图2-3系统总体结构图（一）测量部分方案比较方案一：采用热敏电阻，可满足40--90℃的测量范围，但热敏电阻精度，重复性，可靠性都比较差，对于检测小于1℃的温度信号是不适用的。方案二：采用电流型温度传感器AD590。AD590具有较高精度和重复性（重复性优于0.1℃）其良好的非线性可以保证优于+0.2℃的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线性补偿，可以达到+0.2℃测量精度。AD590流灵敏度1uA/K。它是二端器件，具有很宽的工作电源电压范围和很高的输入阻抗。作为一种高阻电流源，对于它不需要考虑传输线上的电压信号损失和噪声干扰的问题，因此特别适合做远距离测量或控制应用。出于同样的道理，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多路转换开关所引入的附加电阻造成的误差。由于采用了一种独特的电路结构，并利用最新的薄膜激光微调技术作最后的定标，因此AD590具有很高的精度。但是，由于AD590采集到的信号是电流信号，在将数据传给ADC0804前还要先把电流信号转变成电压信号，因此，用AD590来检测、采集室温的电路比较复杂。而且，在高精度测温电路中，必须考虑AD590的输出电流不被分流影响。方案三，采用电压型温度传感器LM35D。LM35D是精密集成电路温度传感器，它的输出电压与摄氏温度线性成比例，LM35D无需外部校准或微调来提供±0.4℃的常用的室温精度，因为线性极好，所以编程时易于实现。因此，选用此方案。（二）显示部分方案比较：4方案一：以前的51单片机系统经常通过串口通信线TXO、RXD（P3.0.、P3.1）加移位寄存器74LS164实现LED显示功能。如图1，这样每一个LED数码管都需要一片74LS164使得电路比较麻烦，且与单片机接口程序不易实现。图采用串行模式RXD,TXD图1通过串口通信线TXO、RXD实现LED显示功能方案二：近年来国内外各大厂商纷纷推出了基于串行总线方式的LED显示器接口芯片，如MAXIN公司的MAX7219、力源的PS7219以及周立功的ZLG7289等等。这些芯片与单片机的接口一般采用SPI总线方式，具有占用I/O口线少，与单片机接口程序易于实现的特点，使用起来十分方便。因此本系统选用此方案。选用4个共阴级8段数码显示管（TOD5201AE）动态显示，用单片机P1.4至P1.7驱动一片CD4511的方式控制段码，P1.0至P1.2驱动一片74LS138控制位选。四、系统整体硬件设计方案（一）系统工作原理概述根据课题设计要求可知该系统需要利用电压型温度传感器采集室温并产生10mv/℃的电压信号，将放大后的信号送给转换器进行转换，通过单片机设定上下限报警温度并显示转换后的室温，具体流程图如图2：CPU报警电路A/D转换电路译码驱动电路显示电路放大电路传感器图2系统流程图在温度测量电路中采用方案三，使用线性成比例（10mV/℃）的电压型温度传感器，之后，将采集到的微弱电压信号经过整个硬件与软件系统放大100倍后的电压信号使其显示就是室温。首先，使采集到的电压信号经过放大电路中的放大器OP07放大十倍后送入ADC0804的输入端，A/D转换器（ADC0804）将模拟信号转换为数字信号后传给AT89C51，在此，将ADC0804的基准电压设为2.5V，由于它为8位转换器，由其内部转换关系可将输入信号扩大50倍，同时，将模拟信号5转换为数字信号。该系统以AT89C51单片机为核心，通过单片机编程可以实现高温（50℃）、低温（10℃）报警的控制，将扩大500倍的信号缩小5倍，至此已将输入的微弱电压信号放大了100倍，现在的电压值便是室温值。然后经过P1口将数字信号传送给74LS138译码器以及驱动器CD4511使LED八段数码管动态显示室温。用该方法对0--50℃范围的温度测量时，测量误差+0.2℃。采用MCS－51系列单片机作为核心监控器对外界温度进行测量。这样，既可以降低对温度传感器和放大电路的要求，从而降低成本，又可以针对不同外部环境或不同通道对温度显示及报警设定进行灵活修改。（二）传感器及放大电路1．电压型温度传感器LM35DLM35系列是精密集成电路温度传感器，它们的输出电压与摄氏温度线性成比例,因而LM35有优于用开尔文标准的线性温度传感器，LM35无需外部校准或微调来提供±1/4℃的常用的室温精度，在-55～+150℃温度范围内为±3/4℃，LM35的额定工作温度范围为-55～+150℃，同时LM35C在-40℃到+110℃之间（-10℃用于改进度）。LM35系列适合用密封的TO-46晶体管封装，而LM35C也适合塑料TO-92晶体管封装。LM35特性如下：直接用摄氏温度校准；线性+10.0mV/℃比例因数；保证0.5℃精度（在+25℃时）；-55～+150℃额定范围；适用于遥控设备；因晶体片微调而低费用；工作在4～30V；小于60μA