高精度、超低功耗数字式温度计设计

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1、1引言温度是工业控制的主要参数之一。特别是在冶金、化工、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的地位。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理功能强、运行速度快、功耗低等特点[1]。应用在温度测量与控制方面，控制方便简单，测量范围广，精度较高。在本设计中采用的msp430单片机，不仅功能强大，控制方便，而且具有比一般单片机更低的功耗。从而能够大大提高产品完成的质量。本设计的内容是设计一个温度计，它的核心控制部分就是单片机对温度传感器所采集到的温度和预先设定的温度进行对比，当采集到的温度没有超出设定值，

2、只进行温度显示，然后结束。当温度值超出设定值时，单片机所控制的警报器发出警报，从而达到实时控制的目的[2]。在一些温度控制电路中，温度的采集常常采用的是热电偶、热电阻或者是PN结测量得到的模拟量，再经过采样/保持电路进行A/D转换，最终送入单片机进行处理。但只这样的温度测量电路实现复杂、易受干扰、不易控制且精度不高[3]。所以，在本设计中，在温度采集部分，我们采用DS18B20的温度传感器，不需要复杂的信号调理电路和A/D转换电路能直接与单片机相连。在单片机输出部分，包括一个声光报警器、一个LCD液晶显示屏。1.1温度测量系统构成和测量方式1.1.1温度测

3、量系统构成温度测量系统是由温度传感器及显示记录仪表构成，统称为温度计。它的种类繁多。大体上可划分为测量低于600℃，测量高于600℃的高温计两大类。各种温度计组成是相似的，在使用和设计汇总主要应考虑四个问题。1.1.2温度测量方式1、接触式测温第52页共52页对于高温的测量，目前在接触测温中普遍使用金属热电偶温度计，如有铂铑-铂热电偶、铂铑30-铂铑6热电偶及钨铼3-钨铼25等。热电偶是由两种不同的金属线组成的，两种不同金属线连成回路时，若两点的温度不同，回路中就会产生一定大小的热电势。热电偶的总热电势等于两接点所产生的热电势之差。两接点温度差越大，则总热

4、电势越大，即总热电势与冷热两端温度差成正比。这就是热电偶的测温原理。热电偶测温发的优点是设备和操作简单，使用方便，测量精度高。但是由于要接触被测物体，故对被测物体的温度分布有影响，且由于受到热电偶自身材料的限制，热电偶极易损坏、寿命短、价格昂贵，不能应用于甚高温测量，如铂铑-铂热电偶在良好的使用环境下可短期测量1600℃高温；铂铑30-铂铑6热电偶也只能短期测量1800℃高温。2、非接触式测温与接触式测温相比，不需与测温对象直接接触，是通过接受被测物体所辐射的电磁波进行测量的，因此不会被破坏被测对象的原有温度场，而且测量范围广。在高温的测量中，其具有性能可

5、靠、成本较低、使用寿命长、抗干扰强等优势。这类测温仪按测温原理主要分为热电转换式，光电转换式和激光式测温仪。热电转换式测温仪（即热辐射温度计）式通过一组或机组串联的热电偶形成热电堆经接收高温物体辐射出的热能后转换为电信号进行测量的，由于其转换精度和速度都较差、可靠性不高，故只在电子技术还不成熟的早期得到应用。激光式测温仪式由激光器发射激光经高温物体反射到由探测器接收到能量后转换为电信号进行测量的。虽然其精度很高，但是造价太高，故在生产应用中叶较少采用。光电转换式测温仪式通过光电探测器经接收辐射光能后转换为电信号进行测量的，其测量温度高、速度快，在实际生产中

6、应用较多。这类测温仪主要包括单色辐射测温仪、比色测温仪以及多色高温仪等。单色辐射测温仪式通过采用单色光的辐射强度来测量温度，因辐射系数的精确测量有较大困难，故易形成较大误差。多色高温计式通过一套复杂的分光系统形成多光谱通道，利用多个光谱的物体辐射亮度测量信息来进行测温的，虽然其测量精度、分辨率都达到了相当高的水平，但是由于其结构复杂，测温理论还不够完善，股灾生产实际中应用还不广泛。而比色测温仪测量精度高、温度相应速度快、抗电磁干扰、信号损耗少、体积小，同时还可以有效地减少被测物体的发射率变化、环境干扰、期间老化等因素带来的测量误差，能够在一些易爆易燃、强电

7、磁干扰、强腐蚀、空间狭小、直接瞄准有困难的场合中应用，英雌这种测温仪具有广阔的应用前景。第52页共52页1.2数字温度计的研究背景和意义温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学试验（如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验）中，有特别重要的意义。传统所使用的温度计通常都是精度为1℃和0.1℃的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确等

8、优点，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研