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1、数字式温度测量电路设计专业班级：电子1035班姓 名：陈艳时间：1月1日---1月12日指导教师：皇甫立群2007年1月9日数字远程温度测量一.设计目的专业方向课程设计是一项重要的实践性教育环节,是学生在完成本专业所有课程学习后必须接受的一项结合本专业方向的,系统的,综合的工程训练.在教师指导下,运用工程的方法,通过一个较复杂课题的设计练习,可使学生通过综合的系统设计,熟悉设计过程,设计要求,完成的工作内容和具体的设计思想。二.设计要求及课程简介本课题的具体要求即:基本测量范围-50℃-150℃,精度误差小于0.2℃,非线性度小于0.2%，LED数
2、码直读显示,可远距离测量温度. 温度传感器类型较多,近年来集成温度传感器被广泛应用,例如AD590就是一个线性度优良的电流型温度传感器。使用传感器将温度信号转换为电流信号后经放大预处理环节后将输出一个温度成比例的电压信号。三.设计分析数字式温度测量是采用数码管直接显示出被测温度值,这种数字显示不仅直观,测量精度高而且便于控制.本设计根据课题要求，主控器单元是单片机AT89C51和V/F转换器AD654，选用完全符合测量温度范围要求且价格低廉的AD590作为温度传感器，信号的调理主要由失调电压很低、线性误差极小的高精度仪用放大器AD622(也可以用三个
3、LM324组成的减法器)来完成。具有温度数码显示（精确到0.1度），超出量程报警（红色LED管或用蜂鸣器）及自动断电等功能；也符合目前对工业现场参数远程监控的要求（用方波传数据，抗干扰强）！经过各项实验测试，该系统的性能指标达到了任务书的基本要求！该系统根据需要，稍加改造可方便地移植于对压力、液位、流量等方面的检测,其实就是换一个传感器就可以了！该设计控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用AD654，用4位共阳极LED数码管实现温度显示,能准确达到以上要求。四.总体设计方案1.设计方案论证⑴方案一：由于本设计是测温电路，使用热敏电阻类器件作为
4、感温器件(找了很多这样的器件,精度达不到要求)，然后把变化的电压或电流采集下来，进行A/D转换器转换后，送到单片机进行数据处理，然后就可以将被测温度显示出来。常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等，它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如PT100、PT1000等。这类器件的最大缺点是测温的范围太窄，一般只有-55～+125℃，而且温度的测量精度都不高，好的才±0.5℃,一般有±2℃左右，因此在高精度的场合不太满足用户的需要。这种设计感温电路麻烦，数据准确度也不高，精度达不到要求,而且我对此了解不多，就放弃了。
5、⑵方案二：重新考虑用温度传感器，一开始找到了LM92，是美国半导体公司近期生产的一种高精度数字温度传感器,内含12b温度A/D转换器,工作电压：＋2.7～+5.5V;测温范围：-55～＋150℃;精度：±0.333℃（30℃时）。但精度达不到本设计的要求，放弃！查找到AD公司生产的数字温度传感器AD741X系列,其内部包括一个温度传感器和一个10位A/D转换器，精度可达0.25℃，但还是精度不够！找了很多温度传感器，综合考虑，最后还是采用温度传感器AD590，价格廉价，精度高，线性优良,使用方便且适于远距离传送！使用温度传感器，然后把变化的电压采集下
6、来，进行V/F转换器AD654转换后，送到单片机进行数据处理，最后就可以将被测温度显示出来！比较上述两种方案，采用方案二，电路比较简单，可以达到要求(主要是精度)，故采用了方案二。2.方案二的总体设计框图温度测量电路总体设计框图如图1所示，主控器件采用单片机AT89C51或AT89C2051，温度传感器采用AD590，采用一个红色发光二极管(或蜂鸣器)显示超出量程,4位LED数码管实现温度显示。主控器件AT89C51温度采集调节输出电压值V/F转换显示电路超出量程显示复位电路及晶振图1 总体设计方框图五.硬件电路及设计分析系统整体硬件电路㈠总原理图单
7、片机AT89C51部分，它控制着数据显示、温度数据处理功能。根据以上各功能模块得到应用电路总原理图。㈡.电路分析①温度采集AD590是电流型集成温度传感器,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）AD590可测量-55℃～+150℃范围的温度,AD590的电源电压工作范围为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1K。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AD590可用于测量热力学温度、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
8、的温度控制场合。由于AD590精度高、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。图4所示是AD59
