文档介绍：温度测量系统
系统概要
引言
温度是表征物体冷热程度的物理量。温度通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。温度的测量和控制在激光器、光纤光栅的使用及其他的工农业生产和科学研究中应用广泛。温度检测的传统方法是使用诸如热电偶、热电阻、半导体PN结之类的模拟温度传感器。信号经取样、放大后通过模数转换,再交自单片机处理。被测温度信号从温敏元件到单片机,经过众多器件,易受干扰、不易控制且精度不高。因此,本设计介绍了一种温度传感器选用LM35、单片机选用MC908GP32的温度测量系统。它能通过与单片机,完成温度采集和数据处理。该系统的温度测量范围为0~99℃,可以精确到一位小数,可适用于工业场合及日常生活中[6]。
系统结构分析
温度传
感器电路
信号
放大电路
A/D
转换电路
单片机
系统
温度
显示系统
图1 测温系统的原理框图
本测温系统由温度传感器电路、信号放大电路、A/D转换电路、单片机系统、温度显示系统构成,如图1所示。其基本工作原理:温度传感器电路将测量到的温度信号转换成电压信号输出到信号放大电路,与温度值对应的电压信号经放大后输出至A/D转换电路,把电压信号转换成数字量送给单片机系统,单片机系统根据显示需要对数字量进行处理,再送温度显示系统进行显示。如图2所示[2]。 硬件电路设计
硬件电路图
温度传感器电路
温度传感器采用的是NS公司生产的LM35,它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围,它的输出电压与摄氏温度线性成比例,且无需外部校准或微调,可以提供±1/4℃的常用的室温精度。LM35的输出电压与摄氏温度的线形关系可用下面公式表示,0℃时输出为0 V,每升高1℃,输出电压增加10 mV。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种,其接法如图3与图4所示。正负双电源的供电模式可提供负温度的测量,单电源模式在25℃下电流约为50 mA,非常省电。本系统采用的是单电源模式。
信号放大电路
由于温度传感器LM35输出的电压范围为0~ V,虽然该电压范围在A/D转换器的输入允许电压范围内,但该电压信号较弱,如果不进行放大直接进行A/D转换则会导致转换成的数字量太小、精度低。系统中选用通用型放大器μA741对LM35输出的电压信号进行幅度放大,还可对其进行阻抗匹配、波形变换、噪声抑制等处理。系统采取同相输入,电压放大倍数为5倍,电路图如图5所示[5]。
A/D转换模块
A/D转换模块(Analog To Digital Convert Module),即模数转换,是将电压信号转换为对应的数字信号。
进行A/D转换的基本问题:
(1)采样精度数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量,即采样位数。
(2)采样速率完成一次A/D采样所要花费的时间。
(3)滤波对采样的数据进行筛选去掉误差较大的毛刺。
(4)物理量回归把A/D采样值与实际物理量对应起来。
A/D转换模块的基本编程方法
(1)A/D转换初始化对ADCLK写入控制字节,决定时钟输入源是内部总线还是外部晶振,决定分频系数等。
(2)启动A/D转换对ADSCR写入控制字节,选取要转换的通道、决定转换结束数据获取的方式