智能温度计的设计[1]1.doc

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1、引言随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本设计所介绍的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，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，或科研实验室使用。1.方案论证1.1方案一由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利

2、用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。1.2方案二进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。1.3最终方案的选择可以发现方案一虽然比较复杂但成本便宜，编译简单。2.方案总体设计与论证智能温度计的基本组成方框如图1所示。主要由温度传感器（温敏二

3、极管），信号调理电路，A/D转换器（A/D574），单片机（80C51），8279键盘输入，LED显示器以及74164，发光二极管（指示工作状态）等组成。温度传感器热敏二极管是把温度转换成电压的器件，温度传感器输出电压的大小随温度的高低变化而变化，热敏二极管在0℃—100℃温度变化范围内，电压值的变化范围从1个毫伏到200个毫伏。信号调理电路的主要功能是把微弱的温度电压信号放大到（0—2.44）伏的范围内，以适应AD574单极性输入的要求。A/D转换器把放大后的模拟电压信号转换成对应的数字信号。单片

4、机8051是智能温度计的核心部分，一方面控制A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面将采集到温度的数字信号，经过计算处理，得到相应的温度值的BCD码，送到74164，由它驱动LED数码管显示器以数字形式显示测量的温度。通过键盘输入要报警的温度上限值，由单片机检测哪一位设定的键盘被按下，单片机可以直接将该位寄存器中的内容自动加一，即可实现相应值的设定。通过缓冲器可以预留出微型打印机的接口和单片机与其他设备的通信接口，由相关的键盘控制打印机与单片机是否连接，并且由相应的键盘控制单片机否是把数据

5、送74164进行显示还是把数据发送至数据端口，与其他设备进行通信。温敏二极管信号调理电路A/D转换器单片机工作状态指示打印接口74164键盘LED显示图1系统框图由上图可知系统硬件基本上由传感器信号调理模块，A/D模块，键盘模块，显示模块，工作状态指示模块，以及接口模块组成。而软件设计是紧紧围绕系统的硬件结构展开的，软件主要是配合控制硬件完成预期的设计要求，软件的基本模块也是针对上述硬件结构进行相应操作的。下面具体阐述系统各功能模块的设计。3硬件电路设计3.1传感器调理电路模块测温传感器选用热敏二极

6、管传感器。这种传感器是利用半导体的温度特性来实现对温度的检测功能。硅二极管的结电压在温度每升高1℃时，电压下降2mV，它属于PN结型温度传感器，它在0℃—100℃温度范围内表现出良好的线性，尺寸小，热时间常数为0.2—2s，灵敏度高，测温范围是-50℃—150℃。信号调理电路中包括电桥和放大部分。将测温二极管放入电桥的一个桥臂，可直接输出传感器相对0℃时的电压输出，再将桥路输出送给AD620的差分输入端，进行50倍的放大，在经过OP07组成的100倍的反相放大电路，使得传感器感受0℃—100℃的温度

7、时，信号调理电路对应输出0—2.44V的电压值，这个电压值正好是AD574的0—10V单端输入电压的范围。图2传感器调理电路模块图图2是传感器调理电路图。该电路的分分辨率为0.1℃，在0℃—100℃范围内精度可达到±0.5℃。该电路的调节，先将传感器放入冰水混合物中，调节W1是调理电路的输出为0；再将传感器放入沸水中，调节W2使调理电路的输出为2.44V。2.44V正好对应AD574输出为999的输入电压（单极性10V输入），这样实现了AD574的输出，正好为外界温度的情况。这样就实现了这样就实现了

8、对温度的有效测量信号的拾获和放大。3.2A/D转换模块设计AD574是12位逐次逼近型的A/D转换芯片。转换时间为25～35μs。片内有数据输出寄存器，并有三态输出的控制逻辑。其运行方式灵活，可进行12位转换，也可作8位转换；转换结果可直接12位输出，也可先输出高8位，后输出低4位。可直接与8位或16位的CPU接口。输入可设置为单极性，也可设成双极性。片内有时钟电路，无需外部时钟。图3A/D转换模块图图3是AD574与单片机接口电路以，它分两次将单极性电压的12位转换