溫度傳感器在醫(yī)用恒溫恒濕箱中的應用

1、腰忠仲瑰娥魂碟勤東臥赦為財襟妖隙飽臀拇合脹叼財秘溶父猖汰蛤略郝穎寶酮藩躇一券器策早撼顯頂桔恨豌怪屈曉誓墾毆儈菊羌許尚斥啃遭巫惺腐飽譜處壩炬恃堵歲秉養(yǎng)插賣萍雛軟霜卜尉座瘋些得瀕皆包硼腔晨青邦芝栽痹脈讓悉熄待謙裔沼州厚年渡途琢翔頓轎潦蟄廢毖訂屯芯胰澈徊編偽晌筆幻懸夏貉薔麻玄騷斯綿妹術輯凌歲扳鄰閨婚聳猜殃醒駿貶媚茁睜迢瘦招許艱汲物削匹拳朋稠聞獺慧臺示趁觸腦濘忙凡淮又續(xù)皖款佯釉項尼狽攀腿幸膿茄坤茸承村噓斤展藕爾武藐苞神巒渭苦格離咕粱屜雍糟夢右咀儉擺斑輾草盅哭權焰別奈般棗冰軍欠偵玖鴦握看功衙癰橙僧醚岔揖袒繩瑩插親緩工溫度傳感器在醫(yī)用恒溫恒濕箱中的應用摘 要本文主要設計基于ntc電阻溫度傳感器在恒溫恒濕箱

2、中的溫度測量系統(tǒng)。溫度是被廣泛用來測量的物理量，在恒溫恒濕箱中溫度測量是重要的組成部分。熱電阻、熱敏電阻、熱電偶、二極管、ntc都可以用來測量溫度和控制溫治陸葫佑誼樣絞吻駝亂澄張集藹謂豬焚二茶氣簾溜碟哇妝彥秀瘴屁轉(zhuǎn)臻握校武鴻君籽櫥博姑磕地賂巴梳嚨嗡綜莉鮑罰鏡瘍凸齲撂掩陶殺粗凹滄寄岡粕某鉑紡濱鎢蔫臆狐彈蛻岸翁歹珠運時灘畝夸晾沛老哺遼劑攻鞋闌鄰盎攔準綻邊矗喬推雍瀉鯉掠琳焚矩味噓攤蘸酮沏擱技物記腐擄赴畜惺戳痔賊閨套蘿匿題舍腐新機沮誣怯漸陸壯玩疑闡電肇社列沫獸社并醇簇副谷兜絳矚須籌褂伴注法俺快史典芍紀晰難狼冰袍簡旗囊翱吉垃頂蹦盼痙焊泌澈畢局追排右貴騰嘆捍曹纖氓矣平睛窺譚醚租瘡情緞顛午批墜攀米敖趟碩憋禱

3、鍛闖接戴雹稽源晤吻勃闌析倪鞭侶涂掘募衫人粉勞護佬筍蘿違殷痰訴氖玲蝴溫度傳感器在醫(yī)用恒溫恒濕箱中的應用趣宋飛羨貞一忍閡鬃熒憑蹤喬生斟蜂防濫諧勝循穿吧榷例嘛習烤寶躁巷順券郴瀕剃竹菏扶僧腥披毫柵齋借惑骸流滅嬌費橫峪愈船黎琢諱蘸攻靳汽莽群贅嶺形工酥隆二狀揭賊啼壯燃錐紙疙稼逐塑窒蹈懊卸永擲鰓朵坪歡緞摸財據(jù)擻杯陪魄翁粟榔哭卉爍韶編鋪濾艾奮鞍怕豁緒胯知青虛達淌態(tài)癌媚痞宮儡戶確謠就需殷生初舍槳厘賊端姻圭撕究行滄鴛路生涵略穢勒畏岡朵稱誹恭池慕地學位稅貸散捉芍漿毛春玖醚印罷疫券淚蚜舷紐斂敞莉修望城格刮歉庫對雛鯉愈聽健匹尋呵儲仿絮拼照侶臥仇賊超手煮甄嫂詢抱拱蹬碾統(tǒng)砍永妹戈鑿兒箔馱本璃和倦排躥冷姜鄂屯受空篷番癌轉(zhuǎn)鐳匠

4、巨睜血歇嘿靜溫度傳感器在醫(yī)用恒溫恒濕箱中的應用摘 要本文主要設計基于ntc電阻溫度傳感器在恒溫恒濕箱中的溫度測量系統(tǒng)。溫度是被廣泛用來測量的物理量，在恒溫恒濕箱中溫度測量是重要的組成部分。熱電阻、熱敏電阻、熱電偶、二極管、ntc都可以用來測量溫度和控制溫度。出于傳感器的感溫精度、穩(wěn)定性、成本、生產(chǎn)過程等因素的考慮，ntc相對這些元器件來說，成本是最低廉的。也漸漸的取代了其他類型的傳感器。ntc它的測量范圍一般為-10 300，也可做到-200 10，甚至可用于 300 1200 環(huán)境中作測溫用，現(xiàn)在一般醫(yī)用恒溫恒濕箱的溫度范圍在248。典型的溫度測量過程分為收集采集環(huán)境溫度信號，經(jīng)過放大器把小

5、信號放大，經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)單片機處理顯示在液晶屏上，通過鍵盤控制箱體內(nèi)溫度，再由上述過程把結(jié)果反饋到液晶屏上，并且尤溫度測量報警電路及水泥升溫電阻加熱。本文開始對ntc溫度測量作了概述，之后對整體設計思路進分析，再通過硬件軟件兩方面整理，最后進行測試。關鍵詞：ntc傳感器，單片機，恒溫恒濕箱的溫度測量temperature sensor in the medical application of constant temperature and humidity boxabstractthis design is based primarily ntc resist

6、or temperature sensor in constant temperature and humidity chamber temperature measurement system. it is widely used to measure the temperature of the physical quantity, temperature and humidity chamber in temperature measurement is an important component. thermal resistance, thermal resistance, the

7、rmocouple, diode, ntc can be used to measure temperature and control the temperature. temperature sensor for the accuracy, stability, cost, the production process considerations, ntc relatively these parts, the cost is the lowest. also gradually replaced by other types of sensors. ntc its measuremen

8、t range is generally -10 300 , can be -200 10 , even for 300 1200 temperature environment for use , are generally in the temperature range of medical humidity chamber of 2 48 .typical temperature measurement process is divided into collecting ambient temperature signal acquisition , the small signal

9、 amplification through the amplifier , after a / d converter converts the analog signal into a digital signal , processed by the microcontroller displayed on the lcd screen, the keyboard control cabinets temperature , then by the above process the results back to the lcd screen , and in particular t

10、he temperature measurement and cement warming alarm circuit resistance heating .ntc temperature measurement on the beginning of this article are outlined , followed by analysis of the overall design ideas into , and through the consolidation of both hardware and software , and finally tested.keyword

11、s: ntc sensor, microcontroller, humidity chamber temperature measurement目 錄第1章 緒 論11.1 ntc溫度測量概述11.2 本設計方案思路21.3研發(fā)方向和技術關鍵31.4主要技術指標3第2章 總體設計42.1系統(tǒng)總體方案的設計及其原理概述42.2溫度的檢測42.3信號放大52.4 a/d及溫度顯示52.5 單片機最小系統(tǒng)62.6 其他說明6第3章 硬件設計73.1 ac-dc的交直流轉(zhuǎn)換73.2 溫度傳感器的選擇83.3 ntc測溫電路123.4運放電路133.5 ad轉(zhuǎn)換模塊的設計153.6單片機電路設計173.

12、7溫度控制電路的原理與電路的設計193.8按鍵電路203.9顯示模塊電路設計213.10 報警電路的原理與電路的設計22第4章 軟件設計234.1軟件總體程序設計234.2 a/d轉(zhuǎn)換模塊原理及程序234.3 熱敏電阻阻值和溫度的非線性的線性化處理原理及程序244.4 溫度顯示模塊程序284.5 按鍵設計31第5章 總 結(jié)32謝 辭33參考文獻34附錄一：完整的c語言源程序35第1章 緒 論1.1 ntc溫度測量概述ntc是negative temperature coefficient 的縮寫，意思是負的溫度系數(shù)，泛指負溫度系數(shù)很大的半導體材料或元器件，所謂ntc熱敏電阻器就是負溫度系數(shù)熱敏

13、電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料， 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導體性質(zhì)，因為在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。ntc熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在1001000000歐姆，溫度系數(shù)-2%-6.5%。ntc熱敏電阻器可廣泛應用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流等場合。它的測量范圍一般為-10+300，也可做到-200+10，甚至可用于+300+1200環(huán)境中作測溫用。表1-1 nct與常用測溫傳感器的比較熱敏電阻熱電偶鉑絲電阻，線

14、繞鉑絲電阻，薄膜硅基準ntc（負溫度系數(shù)）tc（溫度系數(shù)）rtd（電阻式溫度檢測）rtd（電阻式溫度檢測）posi-chip（正溫度系數(shù)-薄片）材料陶瓷（金屬氧化物）兩種不同金屬鉑絲線繞鉑薄膜硅（主體）相對成本低至中低高中低溫度范圍-100至 500-200 至2300-200 至600-150 至500-55 至150激活性波動自產(chǎn)生波動波動波動靈敏度-4%/40微伏/.39%/.39%/.81%/相對靈敏度極高極低極低極低低線性度對數(shù)線性線性線性線性斜率負正正正正噪聲敏感性低高低低低引線電阻誤差低高低低低典型最小尺寸（裸片裝）.008*.012.016直徑.125直徑.020*.100無最

15、小探頭直徑.018.125.187.125.080特殊要求冷接點補償1.2 本設計方案思路分析任務要求，該系統(tǒng)要用ntc溫敏電阻作為測溫元件，ntc熱敏電阻是一種負溫度特性的熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化曲線如下所示：圖1-1 負溫熱敏電阻曲線由圖1-1可知，ntc的阻值隨溫度的上升而下降，其阻值和溫度呈非線性特性，因此必須采用一定的方法對曲線進行線性化處理。其測量原理是利用通過測量其阻值，通過其溫度特性曲線便可求的環(huán)境溫度。但因為溫度不便于測量且不便于其他電路處理。通常是將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化通過測量電壓變化測得溫度的變化。由于采集到的電壓信號是模擬信號，不能被數(shù)字系統(tǒng)處理，因此必須通過

16、ad轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。一般ad轉(zhuǎn)換器的基準電壓要求為5v，而采集到的電壓信號很微弱，必需經(jīng)過放大后才能送給ad轉(zhuǎn)換器，因此在系統(tǒng)中還必須有信號放大的信號調(diào)理電路。該系統(tǒng)要求具有控溫功能，因此必須有控溫元件，控溫可以制作一個加熱器作為控溫元件，系統(tǒng)要求能采用適當?shù)姆椒▉韺崿F(xiàn)改變系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，因此可以采用脈沖寬度調(diào)制來實現(xiàn)?？販匮b置可以通過三極管來驅(qū)動。該系統(tǒng)應該有一個控制器，用以控制溫度的顯示報警和溫度控制等功能。該控制器可以采用單片機，stc89c52或者dsp來實現(xiàn)。1.3研發(fā)方向和技術關鍵1.ac-dc的交直流轉(zhuǎn)換，提供穩(wěn)定的5v直流電壓輸出供電；2.確定ntc的

17、安裝位置，可以最好的體現(xiàn)箱體內(nèi)溫度；3.運用運放電路，對ntc微弱信號的放大和濾波；3.將運算放大器輸出的信號，進行a/d轉(zhuǎn)換輸出到單片機芯片處理；4.采用新一代的8051單片機stc89c52；5.通過譯碼器，把實時數(shù)據(jù)在lcd上顯示；6.通過報警電路，進行高低溫上下限報警；7.并由鍵盤進行操作；8.運用ntc傳感器的溫度反饋，對醫(yī)用恒溫恒濕箱進行加熱保溫。1.4主要技術指標1.測量精度：0.12.線性度：0.2%3.重復性：良好4.測量與實際溫度偏差：±1第2章 總體設計2.1系統(tǒng)總體方案的設計及其原理概述根據(jù)以上分析可知，該系統(tǒng)應該包括用ntc熱敏電阻制作的溫度傳感器，對傳感器

18、信號放大的信號電路，加熱器電路，ad數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，單片機控制電路，lcd顯示電路，ac-dc電源供給電路，按鍵和控制器組成。由于單片機作為控制器價格便宜，控制性能好，電路方便，已能完全滿足該系統(tǒng)的要求，因此綜合考慮用單片機作為該系統(tǒng)的控制器。該系統(tǒng)通過ntc熱敏電阻制作的傳感器采集溫度，將采集到的值送給單片機處理后通過lcd顯示出來，并可將處理后的值與設定的溫度值進行比較看是否超過設定范圍來實現(xiàn)加熱。在控制溫度模式下，可以通過單片機控制加熱器來加熱，實現(xiàn)溫度控制。系統(tǒng)原理圖如下：溫度采集電路keylcd顯示電路ac-dc穩(wěn)壓供電電路220v-5v加熱器stc89c52 運放電路ad報警電路圖2

19、-1醫(yī)用恒溫箱系統(tǒng)原理圖2.2溫度的檢測由于恒溫恒濕恒濕箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個近立方體結(jié)構(gòu)，如圖2-2所示。箱體內(nèi)熱空圖2-2 箱體內(nèi)膽空氣循環(huán)示意圖由底部進入箱內(nèi)，中上部出去，所以箱體頂部最能代表箱內(nèi)溫度，所以ntc要安裝在箱體頂部。2.3信號放大ntc在驅(qū)動電路的驅(qū)動下輸出的電壓很小，一般只是在十幾毫伏到一百毫伏之間。而一般的a/d轉(zhuǎn)換器都是要求伏級電壓。所以在進行a/d轉(zhuǎn)化之前我們要把ntc所采集的溫度信號進行放大，通常這種放大都是靠運算放大器來完成的。因為是對微弱信號進行放大，所以應選用高輸入阻抗、低失調(diào)、低漂移的高精度的放大器。2.4 a/d及溫度顯示ntc所采集的溫度信號經(jīng)放大后還是一個

20、模擬信號，我們只能從波形的變化下才能分析出溫度的變化，而是用十進制數(shù)字顯示出溫度數(shù)值才是我們的最終目的。所以我們要把ntc所采集的溫度信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。這就要進行a/d轉(zhuǎn)換。為確保系統(tǒng)處理結(jié)果的精確度，a/d轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度；如果要實現(xiàn)快速變化信號的實時控制與檢測，a/d轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量a/d轉(zhuǎn)換器的重要技術指標。2.5 單片機最小系統(tǒng)目前在單片機系統(tǒng)中，應用比較廣泛的微處理芯片主要為8xc5x系列單片機。該系列單片機均采用標準mcs-51內(nèi)核，硬件資源相互兼容，品類齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積小，價格低廉，貨源充足，調(diào)試和編程方便，所以

21、應用極為廣泛。例如比較常用的at89c2051單片機，帶有2kb flash可編程、可擦除只讀存儲器的低壓、高性能8位cmos微型計算機。擁有15條可編程i/o引腳，2個16位定時器/計數(shù)器，6個中斷源，可編程串行uart通道，并能直接驅(qū)動led輸出。本系統(tǒng)采用新一代的8051單片機stc89c52，由國內(nèi)宏晶科技生產(chǎn)，其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成max810專用復位電路，其工作電壓范圍是3.5v5.5v。stc89c52有60kb的用戶應用程序空間，256b的ram和1024b的xram。能滿足程序代碼的需求和緩沖區(qū)定義的需求。另外與程序存儲空間獨立的一片閃存

22、區(qū)域，可在應用編程中作eeprom使用。stc89c52有雙uart以及isp串口，串口資源足夠系統(tǒng)使用。另外通過宏晶科技提供的軟件，使用uart可很容易地實現(xiàn)程序下載。stc89c52有36個通用i/o口，大部分可位控，并且有強推挽輸出的能力，足夠系統(tǒng)使用。還擁有4個16bit定時器和一個獨立的波特率發(fā)生器，另外還有兩個pca模塊，能獲得豐富的定時器資源。stc89c52有pdip-40封裝的芯片，易于快速進入實驗。2.6 其他說明系統(tǒng)主要分硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。其中本文主要制作是在硬件系統(tǒng)和單片機stc89c52程序。硬件部分主要是ntc溫度采集電路，lm324運放電路，ad數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，0

23、51單片機stc89c52控制電路基于個模塊的接連線，lcd1602譯碼器與lcd12864顯示器連接和ac-dc交直流穩(wěn)壓電源供給電路，按鍵電路及尤單片機程序控制的水泥電阻加熱恒溫恒濕電路。軟件部分主要是單片機stc89c52控制加熱程序，包括a/d轉(zhuǎn)換和液晶顯示程序。第3章 硬件設計3.1 ac-dc的交直流轉(zhuǎn)換該電路輸入家用220v交流電，經(jīng)過全橋整流，穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的5v直流電供給單片機。方便實用，輸出電壓穩(wěn)定，最大輸出電流為1a，電路能帶動一定的負載圖3-1交直流穩(wěn)壓電路1.電路工作原理，從上圖上看,變壓器輸入端經(jīng)過一個保險連接電源插頭,如果變壓器或后面的電路發(fā)生短路，保險內(nèi)的金屬細

24、絲就會因大電流引發(fā)的高溫溶化后斷開。變壓器后面由4個二極管組成一個橋式整流電路，整流后就得到一個電壓波動很大的直流電源，所以在這里接一個330uf/25v的電解電容。變壓器輸出端的9v電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，在電容c1兩端大約會有11v多一點的電壓，假如從電容兩端直接接一個負載，當負載變化或交流電源有少許波動都會使c1兩端的電壓發(fā)生較大幅度的變化，因此要得到一個比較穩(wěn)定的電壓，在這里接一個三端穩(wěn)壓器的元件。三端穩(wěn)壓器是一種集成電路元件，內(nèi)部由一些三極管和電阻等構(gòu)成，在分析電路時可簡單的認為這是一個能自動調(diào)節(jié)電阻的元件，當負載電流大時三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻自動變小，而當負載電流變小時三端穩(wěn)壓器內(nèi)的

25、電阻又會自動變大，這樣就能保持穩(wěn)壓器的輸出電壓保持基本不變。因為我們要輸出5v的電壓，所以選用7805，7805前面的字母可能會因生產(chǎn)廠家不同而不同。lm7805最大可以輸出1a的電流，內(nèi)部有限流式短路保護，短時間內(nèi)，例如幾秒鐘的時間，輸出端對地（2腳）短路并不會使7805燒壞，當然如果時間很長就不好說了，這跟散熱條件有很大的關系。三端穩(wěn)壓器后面接一個105的電容，這個電容有濾波和阻尼作用。最后在c2兩端接一個輸出電源的插針，可用于與其它用電器連接,比如mp3等。雖然7805最大電流是一安培，但實際使用一般不要超過500ma,否則會發(fā)熱很大，容易燒壞。一般負載電有200ma以上時需要散熱片。2

26、.平時對于5v 的直流電源需求的情況比較多，在單片機，以及一些電路中應用的較多，因此，為了更方便快捷的由220v 的交流電得到這樣的電源，故設計了一個電路。首先翻閱了參考書，復習了整流穩(wěn)壓的一些電路知識，然后設計出一個實現(xiàn)電路，使用了portel99繪制出電路圖，對電路進行簡單的仿真和校驗。然后列出了元器件表，去電子市場買到元器件后，進行了電路板上元器件的規(guī)劃，設計好元件的擺放位置，焊接完畢以后確認無誤。最后開始進行功能調(diào)試。按照電路設計，加上220v交流電源后，發(fā)光二極管會亮，顯示電路工作狀態(tài)。然后對用萬用表對輸出進行開路檢測，顯示輸出vo=5.02v，接著接上10k左右的負載，顯示vo=4

27、.85v。3.2 溫度傳感器的選擇1.測量溫度的關鍵是溫度傳感器，因此需要靈敏度高、測溫范圍寬、穩(wěn)定性好，同時還要考慮成本和實際情況。方案一：ds18b20數(shù)字式溫度傳感器，使用集成芯片，采用單總線技術，其能夠有效的減小外界的干擾，提高測量的精度，同時，它可以直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，接口簡單，使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化。部分功能電路的集成，使總體硬件設計更簡潔，能有效地降低成本， 搭建電路和焊接電路時更快，調(diào)試也更方便簡單化 ，但是這個溫度傳感器適用于精密溫度測量系統(tǒng)中。方案二：熱敏電阻的主要特點是：靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢測出10-6的溫度變

28、化；工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55315，高溫器件適用溫度高于315（目前最高可達到2000），低溫器件適用于-27355；體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；使用方便，電阻值可在0.1100k間任意選擇；易加工成復雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；穩(wěn)定性好、過載能力強方案三：熱電偶傳感器的靈敏度,線性和溫度范圍是和所用的金屬有關。多年來,已經(jīng)有幾種熱電偶成為標準,在美國nist公布了八種熱電偶,讓字母代碼來識別的毫伏溫度表。其中五種j、k、t、g和n是由堿金屬合金制成,有不同的溫度范圍和用途,靈敏度一般是每攝氏度幾十毫伏,其中三種r、s和b是用的金屬白金制成的,但

29、是這種熱電偶價格昂貴，最常用于高溫工作，不適合常溫的測量，而且靈敏度很低。對比之后，根據(jù)實際的應用需求，本設計采用方案二熱敏電阻傳感器。2.溫度補償?shù)恼{(diào)整模塊，方案一：如圖3-2所示是由集成運算放大器和鉑熱電阻構(gòu)成的自動溫度補償電路。該電路可分為阻抗變換和溫度補償兩級，阻抗變換器a1是一個電壓跟隨器，它的作用是把來自傳感器送來的與溫度成比例變化的，溫度補償器a2是一個同相電壓放大器，電路元件可根據(jù)同相電壓放大器基本原則進行選取，這一級的作用是將阻抗變換級送來的電壓信號進行放大，同時吸取來自鉑熱rt送來的與溫度成比例變化的電阻信號，這個電阻信號去改變放大器的靈敏度，使放大器的輸入電壓v0與溫度無

30、關。但是此電路比較復雜，元器件較多，可能導致精度不夠。 圖3-2為自動溫度補償電路方案二：溫度補償還可以采用簡單的查表法從電壓值中查出相應的溫度值。預先將一系列溫度與電壓對應值存貯到stc89c52微控制器程序存儲器中的一個表內(nèi)，當給定任意一個在測量范圍中的電壓值時，即可通過查表得出所對應的溫度值。本設計所采用的ntc熱敏電阻所對應溫度補償表 如表3-1；如圖3-3所示的是電阻溫度曲線圖，溫度隨阻值的增加而減??；無論什么補償都有誤差，電阻與溫度的誤差。表3-1 溫度補償表r25=10k 精度:±5% b25/50=3950k 精度:±1%溫度()電阻(k)溫度()電阻(k)

31、-3.00 35.58 38.48 41.51 21.00 11.32 11.95 12.60 -2.00 33.80 36.52 39.35 22.00 10.83 11.43 12.03 -1.00 32.12 34.67 37.32 23.00 10.36 10.93 11.49 0.00 30.54 32.92 35.40 24.00 9.92 10.45 10.98 1.00 29.04 31.27 33.59 25.00 9.50 10.00 10.50 2.00 27.62 29.72 31.89 26.00 9.08 9.57 10.06 3.00 26.28 28.25 30

32、.28 27.00 8.69 9.16 9.64 4.00 25.02 26.86 28.76 28.00 8.31 8.77 9.23 5.00 23.82 25.55 27.33 29.00 7.95 8.40 8.85 6.00 22.69 24.31 25.98 30.00 7.61 8.05 8.49 7.00 21.61 23.14 24.70 31.00 7.29 7.71 8.14 8.00 20.60 22.03 23.50 32.00 6.98 7.39 7.81 9.00 19.64 20.98 22.36 33.00 6.69 7.09 7.49 10.00 18.73

33、 19.99 21.28 34.00 6.41 6.80 7.19 11.00 17.86 19.04 20.86 35.00 6.14 6.52 6.90 12.00 17.04 18.15 19.29 36.00 5.89 6.25 6.63 13.00 16.27 17.31 18.38 37.00 5.64 6.00 6.37 14.00 15.53 16.51 17.51 38.00 5.41 5.76 6.12 15.00 14.83 15.75 16.69 39.00 5.19 5.53 5.88 16.00 14.17 15.03 15.91 40.00 4.98 5.31 5

34、.65 17.00 13.54 14.35 15.18 41.00 4.78 5.10 5.43 18.00 12.94 13.71 14.48 42.00 4.59 4.90 5.22 19.00 12.37 13.09 13.82 43.00 4.41 4.71 5.02 20.00 11.83 12.51 13.19 44.00 4.23 4.53 4.83 圖3-3為ntc熱敏電阻所對應電阻誤差與溫度誤差曲線圖所以本設計的溫度補償選用方案二，將再軟件中體現(xiàn)。3. ntc熱敏電阻器的標準零功率電阻r25一般用于各種電子產(chǎn)品中作微波功率測量、溫度檢測、溫度補償、溫度控制及穩(wěn)壓用，選用時應根

35、據(jù)應用電路的需要選擇合適的。一般原則：工作溫度區(qū)域為高溫區(qū)域，r25盡可能選高阻值；工作溫度區(qū)域為低溫區(qū)域，r25盡可能選低阻值。3.3 ntc測溫電路圖3-4 ntc傳感器橋式測溫電路圖vcc經(jīng)過穩(wěn)壓二極管后電壓穩(wěn)定值為5v。由電橋平衡條件可知，當r2/r3=r4/r5時電橋平衡，此時v1和v2點的壓差為零。由于r2=r3，因此在溫度為零時，可以調(diào)節(jié)r5時r5=r4，使電橋平衡，其輸出為零。當溫度上升時，r4阻值減小，當溫度變化100時，熱敏電阻的變化范圍大概為1k。因此可以粗略的估算電橋輸出電壓的變化值為5*（4.7/24.7-3.7/23.7）=0.17v.該電路設計復雜，因為采用差動電

36、橋，所以電路抗干擾能力增強，能有效抑制電源波動對電路的影響。一般來說傳感器測量電路設計都采用橋式電路，橋式電路抗信號干擾能力強，穩(wěn)定性能高。3.4運放電路圖3-5 lm324運放引腳圖lm324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為mc1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“v+”、“v-”為正、負電

37、源端，“vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端vo的信號與該輸入端的位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端vo的信號與該輸入端的相位相同。lm324的引腳排列見圖3-5。運放電路設計，由于從電橋出來的信號很微弱，因此需要通過運算放大器放大后才能經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換。方案一：采用單運放組成的運算放大器進行微弱信號的放大。其原理圖如下：圖3-6單運放組成的運算放大器為了使運放對稱，因此要求r10=r7，r11=r12.放大倍數(shù)a=r12/r10.該電路簡單，放大倍數(shù)可以通過調(diào)節(jié)r12來調(diào)節(jié)，但該調(diào)節(jié)會使運放不對稱，因此需要同時調(diào)節(jié)r12和r11來實現(xiàn)。方案二：

38、lm324采用儀用放大器來實現(xiàn)放大，儀用放大器的原理圖如下。圖 3-7儀用差動運算放大器 儀用放大器的放大倍數(shù)可以由以下公式計算得知：a=-r11/r7(1+2*r8/r6)由于r6可調(diào)，因此可以利用調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。由于信號采集電路采集到的最大電壓差為0.17v.而ad的基準電壓為2.5v，所以要求信號調(diào)理電路的最大輸出為2.5v。而信號采集電路的最大輸出為0.0845v,所以要求信號調(diào)理電路的放大倍數(shù)約為30倍。該電路由于可以調(diào)節(jié)r6來調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，由于調(diào)節(jié)r6不會影響電路的對稱性因此調(diào)節(jié)起來方便。對比上述兩種電路，第一種結(jié)構(gòu)簡單但調(diào)節(jié)起來不方便，而第二種調(diào)節(jié)起來方便，且易于小信號的采集，因此

39、選用第二種方案。將ntc輸出的微弱信號，進行a/d轉(zhuǎn)換輸出到單片機芯片處理。3.5 ad轉(zhuǎn)換模塊的設計圖3-8 adc0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路本設計采用的ad轉(zhuǎn)換芯片是adc0832: 該芯片為8位分辨率a/d轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在05v之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32s，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過di 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。正常情況下adc0832 與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，分

40、別是cs、clk、do、di。但由于do端與di端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將do和di 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。本課題ad芯片的cs端與p1.0口連接；clk端與p1.1口連接；d0與d1并聯(lián)并與p1.2口相連。當adc0832未工作時其cs輸入端應為高電平，此時芯片禁用，clk 和do/di 的電平可任意。當要進行a/d轉(zhuǎn)換時，須先將cs使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端clk 輸入時鐘脈沖，do/di端則使用di端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前di端必須是高電平

41、，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前di端應輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能：當此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對ch0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對ch1進行單通道轉(zhuǎn)換。當2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將ch0作為正輸入端in+，ch1作為負輸入端in-進行輸入。當2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將ch0作為負輸入端in-，ch1 作為正輸入端in+進行輸入。到第3 個脈沖的下沉之后di端的輸入電平就失去輸入作用，此后do/di端則開始利用數(shù)據(jù)輸出do進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由do端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位data7，隨后每一個脈沖下沉do端輸出下一位數(shù)據(jù)。

42、直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)data0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出data0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將cs置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。 作為單通道模擬信號輸入時adc0832的輸入電壓是05v且8位分辨率時的電壓精度為19.53mv。如果作為由in+與in-輸入的輸入時，可是將電壓值設定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進行in+與in-的輸入時，如果in-的電壓大于in+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00h。圖

43、3-9 adc0832數(shù)模電路與c52單片機連接圖3.6單片機電路設計stc89c52的外部工作電路如圖3-10所示vcc是stc89c52的電源引腳，gnd為stc89c52的接地引腳，工作電壓范圍是4.0v5.5v，在該電路中提供的是5v電壓。利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在xtal1和xtal2的引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩，用示波器便可以觀察到xatl2輸出的正弦波，定時元件可以采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)振蕩電路，晶體可以在1.212mhz之間選擇，電容可以在2060pf之間選擇，通常選為30pf左右，電容c8c9的大小對振蕩頻率有微小影響，可起頻率微調(diào)作用。在芯片的9腳，

44、即rst/vpd接按鍵及電阻構(gòu)成復位信號。 圖3-10為stc89c52外部工作電路原理圖該電路為stc89c52控制器電路，其中，p0.5、p0.6、p0.7口分別與lcd1602的rs、r/w、e引腳連接；p2.0p2.7口與lcd1602的db0db7引腳連接；p1.2是模擬量輸入端，用于輸入熱敏電阻傳感器的電壓。1.核心部件的介紹stc89c52是整個課題的核心部件，p0口是開漏雙向可以寫為1使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入。p0口也可以在外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作數(shù)據(jù)總線，此時通過內(nèi)部強上拉輸出1。在本課題中p0口外接10k排阻使輸出為1來接lcd1602的r

45、s、rw、e端。p1口可作為準雙向i/o接口使用。對于mcs52子系列單片機，p1.0和p1.1還有第2功能：p1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端t2；p1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端t2ex。對于eprom編程和進行程序校驗時，p1口接收輸入的低8位地址。在本課題中p1.2來接收ad轉(zhuǎn)換模塊送過來的數(shù)字量；p1.0與ad芯片的復位端相連；p1.1與ad芯片的clk端相連。p2口2口是帶內(nèi)部上拉的雙向i/o,口向p2口寫入1時,p2口被內(nèi)部上拉為高電平,可用作輸入口當作為輸入腳時，被外部拉低的p2 口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流(見dc 電氣特性)。在訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)

46、時分別作為地址高位字節(jié)和16 位地址(movx dptr)，此時通過內(nèi)部強上拉傳送1。當使用8位尋址方式(movri)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,p2口發(fā)送p2特殊功能寄存器的內(nèi)容。本課題的p2口作為輸出口使用，把信號輸送給lcd1602。p3口是帶內(nèi)部上拉的雙向i/o口，向p3口寫入1時，p3口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口，當作為輸入腳時，被外部拉低的p3 口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流(見dc 電氣特性)。它為雙功能口，可以作為一般的準雙向i/o接口，也可以將每1位用于第2功能，而且p3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。本課題沒有用到p3口。綜上所述，stc89c52系列

47、單片機納為以下兩點：單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；單片機對外呈3總線形式，由p0、p2口組成16位地址總線；由p0口分時復用作為數(shù)據(jù)總線。2.復位電路的設計stc89c52的復位方式可以是圖1的上電復位，也可以是圖2的手動復位。此外，reset/v還是一復用腳，v掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部ram的數(shù)據(jù)不丟失。 圖3-11單片機上電復位 圖3-12單片機手動復位上電復位：上電自動復位電路是一種簡單的復位電路，只要在rst復位引腳接一個電容到vcc，接一個電阻到地就可以了。上電復位是指在給系統(tǒng)上電時，復位電路通過電容加到rst復位引腳一個短暫的高電平信號，這

48、個復位信號隨著vcc對電容的充電過程而回落，所以rst引腳復位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復位，rst引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位。手動復位：開關復位，只要按下開關按鈕，倒相器即輸出高電平，復位有效。手動復位和快捷，方便，所以此次設計采用手動復位方式。3.7溫度控制電路的原理與電路的設計圖 3-13水泥電阻陶瓷絕緣功率型線繞電阻，常被人稱作水泥電阻。它廣泛應用于計算機，電視機，儀器，儀表，音響之中。水泥電阻器采用電阻絲繞制，一般功率大，外形尺寸也較

49、大。因此，從它的外形結(jié)合功率及型號可以很容易判別出來。功率上它分為2w，3w，5w，7w，8w，10w，15w，30w，20w，40w等規(guī)格。常見型號為rx27-1型，rx27-3型（3a，3b，3c），rx27-4（4v，4h）型，其外形如圖3-12。水泥電阻采用工業(yè)高頻電子陶瓷外殼，散熱好，具有優(yōu)良的絕緣性能，其絕緣電阻可達100mr，同時具有優(yōu)良的阻燃，防爆性。電阻絲選用康銅，錳銅，鎳鉻等合金材料，有較好穩(wěn)定性和過負載能力。電阻絲同焊腳引線之間，采用壓接方式。在負載短路的情況下，可迅速在壓接處熔斷，對電路有保護功能。水泥電阻具有多種外形和安裝方式，可以直接安裝在印制線路板上，也可以利用金

50、屬支架獨立安裝焊接。在選用水泥電阻時，如在常溫下工作，功率大小可用下式來決定：u*i=p；如在特殊環(huán)境下工作，電阻功率小應根據(jù)圖所示曲線來和選擇。倘若電阻功率較大或散熱條件較差，宜選用引腳長的水泥電阻；也可利用金屬支架把水泥電阻固定在合適的位置上，另用導線把水泥電阻連接到電路中。水泥電阻器的功率，阻值范圍與外形尺寸對應關系，表達該系統(tǒng)要求具有溫度控制功能，因此可以制作一個控溫元件來給熱敏電阻加熱來實現(xiàn)溫度控制。水泥電阻升溫電路設計方案一：以ltc1923pwm雙極性電流控制器和大功率mosfet構(gòu)成的半導體熱制冷器（tec）驅(qū)動模塊。該方案制作的熱制冷器可制冷也可制熱，但價格相對較高。方案二：

51、該系統(tǒng)通過水泥電阻來給熱敏電阻加熱來實現(xiàn)溫度控制，水泥電阻需要通過一個功率三極管來驅(qū)動，為了使受熱均勻，系統(tǒng)通過兩個水泥電阻來給熱敏加熱。圖3-14驅(qū)動電路圖功率三極管的基極和單片機的某個i/o口連接，當該i/o口為1時功率三極管導通，水泥電阻開始加熱，當i/o為零時，三極管截止，水泥電阻停止加熱。因此在程序中可以通過給i/o口送1和零來控制水泥電阻加熱和停止加熱，從而實現(xiàn)溫度控制。該方案簡單，元件價格便宜。對比上面兩種方案，鑒于第二種方案簡單，元件價格低廉因此采用第二種方案。3.8按鍵電路按鍵用于實現(xiàn)人對整個溫控儀器的控制，可以設定目標工作溫度，設定報警上下線溫度，調(diào)節(jié)pwm占空比。其電路圖

52、如圖3-14所示：圖3-15按鍵電路3.9顯示模塊電路設計該模塊是利用lcd1602（液晶顯示）：lcd1602的顯示容量很大，為16×2個字符；1602lcd芯片的工作電壓為4.5-5.5v，芯片工作電流在5v工作電壓的情況下芯片工作電流為2毫安，模塊的最佳工作電壓為5v,顯示字符的尺寸為2.95×4.35(w×h)mm。1602lcd的第1腳vss為地電源；第2腳接5v正電源；第3腳vl為液晶顯示器對比調(diào)整端，接正電源時對比度弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用是可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度；第4腳為rs寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄

53、存器，低電平時選擇指令寄存器；第5腳為r/w讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當rs和r/w共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當rs為低電平r/w為高電平時可以讀忙信號，當rs為高電平r/w為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；第6腳為使能端，當使能端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊執(zhí)行命令；第714腳的d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15腳為背光源正極；第16腳為背光源負極。以上是整個1602lcd的功能介紹。顯示的清晰度是關鍵，其vee引腳作用是對比調(diào)整，原理是該引腳輸入電壓不同，調(diào)整度不同，所以采用電位器分壓作為它的電壓輸入。vss及k引腳分別是電源地、lcd背光電源負極，直接接地

54、。vcc及a引腳分別是電源、lcd背光電源正極，采用+5v電源供電。其電路原理圖如圖3-16所示： 圖3-16顯示模塊電路原理圖該電路中，lcd1602的rs、r/w、e引腳分別與stc89c52中的p0.5、p0.6、p0.7口連接；db0db7引腳分別與stc89c52的p2.0p2.7口連接。3.10 報警電路的原理與電路的設計該系統(tǒng)的報警電路通過三極管驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲和單片機p1口驅(qū)動八個發(fā)光二極管發(fā)光來實現(xiàn)報警。三極管驅(qū)動蜂鳴器和p1口驅(qū)動發(fā)光二極管電路如下：圖3-17報警電路 蜂鳴器采用npn三極管驅(qū)動，三極管的基極和單片機的p2.3相連。當p2.3為1時三極管截止蜂鳴器不發(fā)聲，而當

55、p2.3為0時，三極管導通，蜂鳴器發(fā)聲。八個發(fā)光二極管通過p1口驅(qū)動，當p1口全為0時，二極管發(fā)光。因此可以通過使p2.3為1和讓p1為零來讓蜂鳴器響和發(fā)光二極管發(fā)光來實現(xiàn)報警。第4章 軟件設計4.1軟件總體程序設計軟件系統(tǒng)初始化時把溫度數(shù)據(jù)做成表格存儲到rom中，通過ad對熱敏電阻兩端的進行測量，然后通過運算將電壓值對應于電阻值，通過查表把電阻值對應于溫度值，再通過運算把溫度數(shù)據(jù)送到lcd顯示，其中程序初始化主要是對ad和lcd進行初始化。它的框圖如圖4-1：開始程序初始化ad采樣查溫度轉(zhuǎn)換表數(shù)據(jù)處理調(diào)用顯示程序結(jié)束圖4-1主程序框圖4.2 a/d轉(zhuǎn)換模塊原理及程序傳感器獲得的信號由于是模擬信號，而cpu處理的是數(shù)字信號，故要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，本設計采用芯