文档介绍：数字温度计
【摘要】本系统采用AT89S51单片机作为控制系统的中心,由温度传感器,稳压电路和LED显示构成的数字测温系统。该系统能显示室温。
【关键字】数字温度计温度传感器
一、题目要求
基本要求:测量温度范围:0——200℃,℃,用十进制数码显示
发挥部分:温度控制系统
方案选择与论证
1、系统基本方案
本系统主要由主控制模块、测温模块和显示部分三部分组成,实现了测温并且数字显示的系统。系统框图如图1所示:
图1
2、各模块部分方案选择与论证
测温模块
方案一:采用数字温度传感器DS18B20。因为数字温度传感DS18B20是单片结构,无需外加A/D即可输出数字量,通讯采用单线制,同时该通讯线还可兼作电源线,即具有寄生电源模式。它具有体积小、精度易保证、无需标定等特点, 特别适合与单片机合用构成智能温度检测及控制系统。但测温范围是- 55℃~+125℃,不能达到题目要求。
方案二:采用集成温度传感器AD590。AD590是电流型温度传感器,通过对电流的测量可得到所需要的温度值。该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高,关具有消除电源波动的特性。但它的测温范围也达不到200℃,只有-55℃~+150℃的温度范围。而且要外加A/D转换器件才到得到数字温度显示,会使电路变得复杂。
图2 AD590 的外形电路图3 集成温度传感器电路符号
方案三:采用铂电阻TRRA102B。铂电阻具有精度高,稳定性好,可靠性强,产品寿命长等优点。而且铂电阻的工作温度是0℃~+200℃。就工作温度范围是满足要求的,但在广州,还买不到。所以不能采用。
方案一比较经济而且设计简单,但采用方案二。
单片机选择
从上“单片机原理与接口技术”开始就使用AT89C51和AT89S51,而且AT89S51能顺利完成接收数字信号并送出显示功能,所以单片机就选择AT89S51。
三、系统硬件设计及相关分析计算
1、测温部分
本实验采用的是集成温度传感器AT590,在设计测温电路时,首先应将电流转换成电压。它的温度每升高1K,电流就增加1μA。当AD590 的电流通过一个10 kΩ的电阻时,,即转换成10mV/ K, 为了使此电阻精度(%) , 可用一个9. 6kΩ的电阻与一个1kΩ电位器串联, 然后通过调节电位器来获得精确的10kΩ。差分电路有两个作用:一是形成偏压,使当0℃时,输出电压为0V;二是形成增益为4。AD590出来的电压经过差分电路,把测温电压放大4倍,即1℃。
经图4的电路,出来的输出电压0V到5V对应温度变化是从0℃℃。
图4 测温和差分电路
2、模数转换部分
因为我采用的模数转换器是ADC0809,它的工作电压为5V,是8位的转换,只能把AD590输出的电压分成255个等级。如果不加差分电路,ADC0809的精度只到1℃,℃。所以曾经想过用12位的TLC2543作模数转换,但价钱太贵,后不作考虑。
3、单片机
单片机中P0口作为数字信号输入口,与ADC0809相连;P1口是数据输出口,与显示器相连;-;;。因为这两个是直接与ADC0809相连,所以ADC0809的启动和允许输出都要通过软件来实现。
4、显示器
本系统选择的是4位的共阳LED显示器。单片机的位选口要先经过三极管才和显示器连接。
四、系统的软件设计与数学运算
1、系统的主流程图:
开始
初始化
采集温度数据
模拟信号转换为
数字信号
输出显示
结束
2、AD590 温度与电流的关系如下表所示
摄氏温度
AD590 电流
经 10K Ω电压
0 ℃
uA
10 ℃
uA
V
20 ℃
uA
V
30 ℃
uA
V
40 ℃
uA
V
50℃
uA
V
60 ℃
uA
V
100 ℃
uA
V
3、温度数据转换运算
因为我采用的模数转换器是ADC0809,它的工作电压为5V,是8位的转换,只能把AD590输出的电压分成255个等级。即:
每个等级=5V÷255=
变化一个等级时,温度的变化为t
t=÷=℃
这样,℃。而变化1℃,引