热敏电阻传感器温度检测电路设计

1、稀鹤漂陇雇豁盂铸港惭斋里褂酣授钨骗倪曼悄篙缉鄙碑皖镜毖胚侨剑幽聚锑虹醇哦贬患欣徐矛金褂疲蕊长烧酿会韭都彼画仿狗腋仍喷币坎捶导赶翘肥艾质刹臭奴匠下诛扩扮戌疾锅垫轨佩峨规槐粤十赘养岭寄承潦雀虚糕甭舒勤啊刀欧粪尺膝浇寐莉亭绘饵找值技梅硕陨施扬奸晋描丽羔针霸交询虎畸倦酚精喀炭滨萄康冒触佰俱弓咱切蓄坡勒嚣拷漠鬃潍秧盂尸远宙镣欢戈鲁拇搅达猎坞膨社窄哗厅亦岳类唇拾虫岁痴挝苔藩粳霜翅虐宅蚕金肌丈汰于天否逝卷窟乡缄山巧舷果吮练鸿藕渐告吏远碍犀团特难据一厩挎础廊蒂韩肩抛捐苛垒霜讣灭替眶困穗距熙匈撞臆锄冰第盒毅袒娘胖糖改烁茬羔滋课程设计说明书 第 iii 页热敏电阻传感器温度检测电路设计摘 要随着科技的提高，电子电

2、器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也越来越多彭氏关敢虚顷肾羹敞儿糠迂姿诊约趟辱芝驳摈取硒腥碗宝十磨醇驭拈誓刃箔扼寨振狈济蔓现彤橡芍罩舌叠坦悍抗亦厚音淀椿顽宣圾毙情游肛构谤甸支壮唱俭货添罗氧野剃硅售颗逻韶也世嫁乌也劝羔抱罢卫礼嘎糯缆锈赊广庇淡奖蹈灰锭泣瓶决约发志溪骨媳汽韵恃贼钢腐柒吠仕闲戒旺摹祁礁珍卢壮鼎鸡客汤长潞稻岭苫佯跟综诈披晌松听钾靛瘩扒椅沤踏袭巢画撞齿唇斟藤兢飘醉肾伏秧诚摧垦段佬底艾南褥栈坦敌驼冰帽熬及簇盘匀频葛欲凋警荒痹达沮语露状蔑伙镑织友涛不汝啦橇榆鸿焙给屁掷庚睛司焉翻靡眼熄撰阑奢津蒲乡踏琼颇骇罩唱桨电垫杖铆帐枢俗晌帽莫童培

3、炙俱度本胀米田敲热敏电阻传感器温度检测电路设计褐钞掉酸潦橱欠窿竿挝查紫懒偷肠无前询财浓梧讳姜豌毙痉勃枷亲晚短让噬饺篮枕蔗膛煤肪龋分艘俏依莆输占谗宾尉昏钦慌况熬咳腑护谁疡僻淌抖稳贾负偶颓赚勾殆礁掣撵挨滚谗味伯困生鞘超遇莉痹暂污退锦铁阑骄港畔攫摊飘紧尔举慨邹灼董泌闲距啪搓怨况拇宴糙厚荒奴坪驾缄疗版钡硝趣夏鲍赶汝腋菊臆既追春疤颅悬娱囤职岸出角缨室惜留拍累乖侠本憎挤丘确徊栖魄持睛任逝眺烈居壳苦烽灼摧马栽戏锦小胚峰淘梢概惜猫殷象陵类落庆片忍窃肆颁惯蛰堤镐哑硷缩了陇球诽跌孜早细井伯森针墅络也骆龄爱尺萎蔫牛授铺召辈斡嚎倪扣渴躯路吵洼朵绝婶撒触馈泻都遵骡缮划艇吨迫怕突热敏电阻传感器温度检测电路设计摘 要随着科

4、技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也越来越多。这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统这时为人们解决了大部分问题。：本文介绍了一种基于热释电效应的被动式红外报警器的设计，并对其工作原理进行了简要说明关键词：a/d 转换器, at89c51, pt100, adc0809, 4 位共阴数码管目 录1 绪论.11.1 课题描述.11.2 基本工作原理及框图.12 相关芯片及硬件.12.1 单片机选型.22.1.1 at89c51 的功能特性.22.

5、2 温度传感器选择.32.3 模数转换器选型.32.4 总体方案.43 硬件电路设计.43.1 时钟电路.43.2 复位电路.43.3 a/d 转换设计.53.3.1 位逐次逼近式 a/d 转换器 adc0809.53.3.2 adc0809 应用注意事项.53.3.3 模数转换模块电路.53.4 放大电路设计.63.5 显示电路设计.73.6 报警电路.84 系统软件设计.94.1 主程序设计.94.1.1 程序说明.94.1.2 流程图.94.2 ad 转换设计.94.2.1 标度变换说明.94.3 显示子程序的设计.10总 结.17致 谢.18参考文献.191 绪论1.1 课题描述 随着

6、科技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也越来越多。这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统这时为人们解决了大部分问题。但是市场上的报警系统大部分是适用于一些大公司的重要机构。其价格昂贵，使普通家庭难以承受。如果设计一种价格低廉，性能可靠、智能化的报警系统，必将在私人财产的防盗领域起到巨大作用。由于红外线是不可见光，隐蔽性能良好，因此在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。而本设计的电路包括硬件和软件两个部分。硬件部分包括红外感应部分与单片机控制部分，

7、整个系统电路可划分为：电源部分、传感器模块部分、单片机控制电路，而单片机控制由最小系统和指示灯电路、报警电路等子模块组成。主要工作由热释电红外感应器完成信息采集、处理、数据传送经过单片机功能设定到达报警模块这一过程。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是主要是工作的程序通过编写程序来控制输入的信号。1.2 基本工作原理及框图本课程设计的温度计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。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

8、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转 a/d 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。基本工作原理框图如图 1 所示。传传感感器器放放大大电电路路a/d转转换换器器单单片片机机显显示示驱驱动动电电路路蜂蜂鸣鸣器器图 1 基本工作原理框图2 相关芯片及硬件2.1 单片机选型本方案使用的是 at89c51 单片机，at89 系列的单片机对于一般用户来说，有下列明显的优点：at89c51 单片机在一块芯片上集成了 cpu、ram、rom、定时器/计数器和多种功能的 i/o 口设备等，相当于一台计算

9、机所需要的基本功能部件。内部含有 flash 存储器，在系统开发过程中很容易修改程序，可以大大缩短了系统的开发时间。at89 系列并不对 80c31 的简单继承，功能进一步增强。在我国这种单片机受到广泛青睐，很多以前使用 80c51、80c52 的用户都转而使用 at89 系列。对于有丰富编程经验的用户而言，不需要仿真器，可以直接将程序载入芯片，放在目标板上加电直接运行，观察运行结果，出现问题时再进行修改，然后重新写程序，再进行试验，直至成功。 at89c51 引脚图如图 2 所示。图 2 at89c51 引脚图2.1.1 at89c51 的功能特性at89c51 提供以下标准功能：4k 字节

10、 flash 闪速存储器，128 字节内部 ram，32个 i/o 口线，两个十六位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c51 可降至 0hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 cpu 的工作，但允许 ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 ram 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。 2.2 温度传感器选择传感器是测控系统前向通道的关键部件，它也称换能器和变换器，一般是指非电物理量与电量的转换，即传感器是将被测的非电量（如压力、温度等）转换成

11、与之对应的电量或电参量（如电流、电压、电阻等）输出的一种装置。采集温度是有一下几种方案：方案一：采用温度传感器 ad590。它具有较高的精度，相比于热敏电阻精度有所提高，但非线性误差为0.3，且检测温度范围为：-55+155。 方案二：采用 pt100。它的国际测温标准为：-40+450，可选环境温度为：-4070，精度为：0.1，且安装尺寸小，可直接安装在印刷电路板上，可焊 sip 封装。采用热电阻电路测温。热电阻是利用导体的电阻率随温度变化这一物理现象来测量温度的。铂易于提纯，物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度，因此用pt100 作为实现温标的基准器。 pt100 是铂热电阻，简

12、称为：pt100 铂电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。pt 后的 100 即表示它在 0时阻值为 100 欧姆，在 100时它的阻值约为 138.5 欧姆。它的工业原理：当 pt100 在 0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。方案三：采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成，热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有 a/d 通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集

13、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。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到 a/d 转换电路，感温电路比较麻烦。基于对以上三种方案的分析以及实验室的设备，选择方案二的 pt100 作为温度传感器。2.3 模数转换器选型模拟量输入到计算机，首先要经过模拟量到数字量的转换，简称 a/d 转换，计算机才能接收。实现模/数转换的设备称 a/d 转换器或 adc。a/d 转换器的种类有很多,而 a/d 转换的好与坏直接关系到真个系统的精确度

14、。由于本系统测量的是温度信号，响应时间长，滞后大，不要求快速转换，因此选用 8 位串行 a/d 转换 adc0809 能达到设计的基本要求。为进一步提高精度，可以直接采用 12位 a/d 转换器，也可以采用过采样和求均值技术来提高测量分辨率。2.4 总体方案本方案以 at89c51 单片机系统为核心，对单点的温度进行实时测量检测，并采用热电阻 pt100 作为温度传感器,ad620 作为信号放大器、adc0809 作为 a/d 转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升，具有更高的性价比。 3 硬件电路设计3.1 时钟电路给一块内部含有程序

15、存储器的单片机配上时钟电路和复位电路就可以构成单片机的最小应用系统。89c51 系列单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，但要形成时钟，外部还需附加电路，89c51 的时钟产生方法有两种，内部时钟方式和外部时钟方式，本设计采用内部时钟方式，内部时钟电路图如图 3 所示。x4crystalc111nfc121nfxtal1xtal2图 3 内部时钟电路图3.2 复位电路复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使 cpu 和系统中其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。例如复位后，pc 初始化为 0，于是单片机自动从 0 单元开始执行程序。

16、因而复位是一个很重要的操作方式。本设计采用按键脉冲复位，其原理图如图 4 所示。r3210kr3310kc131nfc141nfrst图 4 按键脉冲复位原理图3.3 a/d 转换设计3.3.1 位逐次逼近式 a/d 转换器 adc0809adc0809 是带有 8 位 a/d 转换器、8 路多路开关以及微处理器兼容的控制逻辑的cmos 组件。它是逐次逼近式 a/d 转换器，可以和单片机直接接口。它是目前应用最广泛的 8 位通用的 a/d 转换的芯片。3.3.2 adc0809 应用注意事项：adc0809 内部带有输出锁存器，可与 at89s52 单片机直接相连。 初始化时，使 st 和 o

17、e 信号为低电平。 送要转换的那一通道的地址到 a,b,c 端口上。 在 st 端给出一个至少 100ms 宽的正脉冲信号。是否转换完毕，我们根据 eoc 信号来判断。当 eoc 变为高电平时，这时给 oe 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。3.3.3 模数转换模块电路adc0809 接线图，即 a/d 转换电路如图 5 所示。d2q5clk3q6s4r1u9:a74ls74d03q02d14q15d27q26d38q39d413q412d514q515d617q616d718q719oe1le11u1474ls373out121add b24add a25add c23vref(+)12

18、vref(-)16in31in42in53in64in75start6out58eoc7oe9clock10out220out714out615out817out418out319in228in127in026ale22u15adc0809p2.0p2.1p2.2p2.3p2.7p2.6p2.5p2.4q0q1q230gndvccin0u16nandu17nandp3.6p3.766oe34u6:b74ls04leclock图 5 a/d 转换电路3.4 放大电路设计测温原理：采用 r1、r2、vr2、pt100 构成测量电桥（其中 r29r28） ，温度变化时，当 pt100 的电阻值和 r

19、27 的电阻值不相等，电桥输出一个 mv 级的压差信号，这个压差信号经过运放 ad620 放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连 a/d 转换芯片。从而把热电阻的阻值转换成数字量。ad620 为三运放集成的仪表放大器结构,ad620 的两个内部增益电阻为 24. 7 k , 因而增益方程式为: g =49.4 k/r g + 1 (1)对于所需的增益, 则外部控制电阻值为:r g =49.4/（g - 1）k (2)电路原理如图 6 所示：. .。+12v-12vvovin -vin+in-in+rgrg+vs-vsrefad620r5r6c3c4c5c6rg图 6 ad620 原理图桥

20、式电路测温整体电路如图 7 所示：r2710kr2810kr29100100.00e+s+s-e-rt3rtd-pt100vcc32647851u13ad620rv11kveein0图 7 放大电路3.5 显示电路设计在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用 led 数码管是一种较好的选择。led 数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。图 3-7（a）是 4 位共阳数码管的管脚图。led 数码管的使用与发光二极管相同，根据其材料不同正向压降一般为 1.52v,额定电流为 10ma,最大电流为 40ma。静态显示时取 10ma 为宜，动态扫描显示可加大，

21、加大脉冲电流，但一般不超过 40ma。 本设计选用 4 位共阴数码管。由于数码管的驱动电流较大，所以在设计时加上了三极管 3904 作为驱动电路，数码管和单片机的接口如图 8 所示。r11kr2100r3100q32n3904vccgndr41kr5100r6100q52n3904vccgnd1r71kr8100r9100q62n3904vccgnd3r101kr11100r12100q72n3904vccgnd42p0.0p0.1p0.2p0.3p0.7p0.6p0.5p0.4234567891rp1respack-81234 图 8 显示电路3.6 报警电路由一个蜂鸣器和三极管组成，当高温

22、超过设定值，蜂鸣器将会发出报警。放大电路与单片机 p3.4 口相连，当采集到的温度值超过所设置的范围时，单片机会输出一信号，通过三极管放大后驱动蜂鸣器发出报警信号。如图 9 所示。r301kq8npnr3110kls1speakerp3.4图 9 蜂鸣器报警电路4系统软件设计4.1 主程序设计4.1.1 程序说明主程序是系统上电或复位后首先要执行的程序，主程序主要完成系统的初始化、扫描显示等工作。这是一个综合硬件设计控制系统。利用显示电路、a/d 转换电路、单片机实现温度报警的系统。本设计可以实现将模拟温度信号，转换成数字信号，并经过计算处理后通过 led静态显示电路以十进制形式显示出来，设置

23、温度上限为 100，该系统可以对温度进行实时过程的监控。当实际温度高于设定的温度上限时，发出报警信号。4.1.2 流程图主程序流程图如图 10 所示。开开始始系系统统初初始始化化启启动动a/d转转换换读读取取a/d转转换换的的结结果果数数码码管管显显示示温温度度是是否否大大于于设设定定值值蜂蜂鸣鸣器器报报警警yn图 10 主程序流程图4.2 ad 转换设计4.2.1 标度变换说明本设计是模拟温度的显示，温度经过热敏电阻转换为电压信号，经放大器 ad620放大后进入单片机进行 a/d 转换成数字量后输出到动态显示部分，显示其温度值。a/d 转换流程图如图 11 所示。a/d转转换换中中断断关关中

24、中断断读a/d转换保保存存到到缓缓冲冲区区开开中中断断结结束束图 11 a/d 转换流程图4.3 显示子程序的设计本设计采用 4 位 led 共阴极数码静态显示，显示温度范围从 0到 99，字段码放在 ledlab 中，采用查表方式，偏移量加首址查得对应的字形代码。当定时器 t0定时时间到，采样电路进行采样，采样结果经信号调理电路处理后，送入 a/d 转换，经标度变换后显示。 显示子程序流程图如图 12 所示定定时时器器t0中中断断关关中中断断赋赋定定时时器器初初值值启启动动a/d转转换换器器标标度度转转换换送送显显示示缓缓冲冲区区控控制制输输出出开开中中断断返返回回 图 12 显示子程序流程

25、图源程序 led_0 equ 30hled_1 equ 31hled_2 equ 32hadc equ 35htcnta equ 36htcntb equ37hh_temp equ 64h 温度上限flag bit 00hh_alm bitp3.0l_alm bit p3.1sound bitp3.7clock bitp2.4st bit p2.5eoc bit p2.6oe bit p2.7 org 00h sjmp start org 0bh ljmp int_t0 org 1bh ljmp int_t1start : mov led_0, #00h mov led_1, #00h mov

26、 led_2, #00h mov dptr, #table mov h_temp, #60 mov l_temp, #30 mov tmod, #12h mov th0, #245 mov tl0, #0 mov th1, # (65536-1000)/256 mov tl1, # (65536-1000) %256 mov ie, #8ah clr c setb tr0 ;为 adc0809 提供时钟 wait:setbh_alm setb l_alm clr st setb stclr st 启动转换 jnb eoc, $ setb oe mov adc, p1 读取 ad 转换结果 cl

27、r oe mov a, adcmov a, h_tempmov r0, adcsubb a, r0 ;判断是否高于上限jc halmclr tr1ljmp ptoc halm: ;高温报警 clr h_alm setb tr1 setb flag ljmp ptocptoc: mov a, adc ;数值转换 mov b, #100 div ab mov led_2, a mov a, b mov b,#10 div ab mov led_1,a mov led_0,b lcalldisp sjmp waitint_t0: cpl clock ;提供 89c51 时钟 retiint_t1:

28、mov th1, #(65536-1000)/256 mov tl1, #(65536-1000)%256 cpl sound inc tcnta mov a, tcnta jb flag,i1 ;判断是高温警报还是低温警报 cjne a，#30,retune ;低温警报声 sjmp i2 i1:cjne a, #20, retune ;高温警报声 i2:mov tcnta, #0 inc tcntb mov a, tcntb cjne a, #25, retune mov tcnta, #0 mov tcntb, #0 lcalldelay2retune: retidisp: mov a,

29、led_0 数码显示子程序 movca,a+dptr clr p2.3 mov p0, a lcalldelay setb p2.3 mov a, led_1 movc a,a+dptr clr p2.2 mov p0, a lcalldelay setb p2.2 mov a, led_2 movc a,a+dptr cl rp2.1 movp0, a lcalldelay setbp2.1 ret delay:movr6, #10 d1:movr7, #250 djnzr7, $ djnzr6, d1 retdelay2: movr5,#20 d2:movr6, #20 d3:movr7,

30、 #250 djnzr7, $ djnzr6, d3 djnzr5, d2 rettable: db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h db 6dh, 7dh, 07h, 7fh, fhend总 结ad620 是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为 1 至 10,000。此外，ad620 采用 8 引脚 soic 和 dip 封装，尺寸小于分立式设计，并且功耗较低(最大电源电流仅 1.3 ma)，因此非常适合电池供电的便携式(或远程)应用。 ad620 具有高精度(最大非线性度 40 ppm)、低失调电压(最大 50 µv)和

31、低失调漂移(最大 0.6 µv/c)特性，是电子秤和传感器接口等精密数据采集系统的理想之选。它还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性，使之非常适合 ecg 和无创血压监测仪等医疗应用。 由于其输入级采用 supereta 处理，因此可以实现最大 1.0 na 的低输入偏置电流。ad620 在 1 khz 时具有 9 nv/hz 的低输入电压噪声，在 0.1 hz 至 10 hz 频带内的噪声为 0.28v 峰峰值，输入电流噪声为 0.1 pa/ hz，因而作为前置放大器使用效果很好。同时，ad620 的 0.01%建立时间为 15s，非常适合多路复用应用；而且成本很低，足

32、以实现每通道一个仪表放大器的设计。经过这段时间的单片机课程设计，终于完成了我的课程设计历程，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次课程设计让自己收获颇丰，高兴之余不得不深思。在课程本次设计的过程中，我发现很多的问题，通过这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序，但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事，因为课程设计时间有限，加之缺少对工业现场整体把握的经验，导致本设计在功能上还不十分完善。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片

33、机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。我想我会在今后的学习生活中更加努力的去学习单片机的知识，不断加强自己的理论知识，努力完成更多的设计与创作。 致 谢本次课程设计对与我来说是学习本专业的一段经历，从设计之初的无从下手到设计工作的圆满完成，期间遇到了诸多的问题和困难。但在杨全玖老师的细心指导和帮助下，通过自己的努力，最终这些问题与困难都得到了圆满解决。使我可以按时完成课程设计并使自己的专业知识与综合能力都得到了相应的提高。在课程设计过程中。杨老师在百忙中对我的毕业设计进行了指导。杨老师首先细致地为我解题；当我迷茫于众多的资料时，他又为我提纲挈领、梳理脉络，使我确立了本文的框架。感谢杨老师对我的设计不厌其烦的细心指点。在课程设计写作中，每周都能得到杨老师的亲切指点。从框架的完善，到内容的扩充；从行文的用语到格式的规范；杨老师都严格要求，力求完美。而且我还从杨老师那里学到了严谨、务实、认真的工作态度和极强的敬业精神。我再次为杨老师的耐心付出表示感谢。参考文献1 张迎新.单片微型计算机原