基于熱敏電阻的測溫控制系統(tǒng)智能化儀表說明書

1、基于熱敏電阻的測溫控制系統(tǒng) 摘要隨著社會的進步和工業(yè)技術的發(fā)展，人們越來越重視溫度對產(chǎn)品的影響，許多產(chǎn)品對溫度范圍要求嚴格，目前市場上普遍存在的問題有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。在這樣的形式下，有了一種實時性高、精度高的溫度采集系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的溫度測量采用的就是熱阻效應。測溫電橋的主要部分是熱敏電阻。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

2、他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內血管的溫度；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。 其中運算放大電路的作用就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉換器對輸入信號電平的進行各種轉換處理的要求。關鍵字：溫度傳感器 ； 熱敏電阻 ； A/D數(shù)模轉換 目錄摘要1第一章 前言和概述31.1前言31.2概述4第二章 硬件設計52.1測溫模塊52.1.1特點52.1.2應用原理52.1.3模塊接口四線制62.2 A/D轉換模塊62.2.1 性能指標72.2.2 功能描述72.2.3 接口說明82.3顯示模塊92.

3、4單片機模塊10第三章 軟件設計113.1 軟件設計概述113.2 I2C簡介113.3 溫度顯示模塊程序12第四章 總結心得14參考文獻15附錄A 電路圖16附錄B 程序編程19第一章 前言和概述1.1前言在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展對是否能掌握溫度有著絕對的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度對于工業(yè)如此重要，由此推進了溫度傳感器的發(fā)展。進入21世紀后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全

4、性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫度檢測及其控制占有舉足輕重的地位，隨著現(xiàn)代信息技術的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn) ，能夠獨立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)已經(jīng)應用于諸多領域。要達到較高的測量精度需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差等問題，使溫度檢測復雜化。模擬信號在長距離傳輸過程中，抗電磁干擾時令設計者傷腦筋的問題，對于多點溫度檢測的場合，各被檢測點到監(jiān)測裝置之間引線距離往往不同，此外，各敏感元件參數(shù)的不一致，這些都是造成誤差的原因，并且難以完全清除。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周

5、期短等優(yōu)點，成為自動化和各個測控領域中必不可少且廣泛應用的器件，尤其在日常生活中也發(fā)揮越來越大的作用。采用單片機對溫度采集進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控數(shù)據(jù)的技術指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質量和數(shù)量。如最簡單的溫度的測量，有熱電偶、光纖溫度傳感器等等。但是，熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器。熱敏電阻由半導體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻變化。熱敏電阻器是敏感元件的一類,按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系

6、數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導體器件。隨著半導體技術的不斷發(fā)展，熱敏電阻作為一種新型感溫元件應用越來越廣泛。 1.2概述測量過程是熱敏電阻隨著溫度的變化電阻值發(fā)生變化，然后利用精密電阻器以電壓模式對熱敏電阻進行線性化，由熱電阻傳感器測的外界溫度，經(jīng)過信號放大，然后送給模數(shù)轉換，將原有的模擬信號轉換為可以貝單片機識別和運算的數(shù)字信號，然后在通過軟件編程通過顯示電路顯示出來當前所測得的溫度。而熱敏電阻具有體積小、靈敏度高、重量輕、熱慣性小、壽命長以及價格便宜等優(yōu)點,最重要的是作為溫度傳感器的熱敏電阻的靈敏度非常高，

7、這是其他測溫傳感器所不能比擬的. 第二章 硬件設計2.1測溫模塊2.1.1特點 1、靈敏度較高，其溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢測出10-6的溫度變化 2、溫度作用寬，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 3、體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙、腔體及生物體內血管的溫度 4、使用方便，電阻值可在0.1100k間任意選擇 5、易加工成復雜的形狀，可大批量生產(chǎn) 6、穩(wěn)定性好、過載能力強2.1.2應用原理熱敏電阻都是指半導體熱電阻由于半導體熱電阻溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢測出10-6的溫度變化，而且

8、電阻值可在0.1100k間任意選擇。所以稱為熱敏電阻但是熱敏電阻阻值隨溫度變化的曲線呈非線性，而且每個相同型號的線性度也不一樣，并且測溫范圍比較小。模塊如圖2.1所示。 圖 2.1熱敏電阻測溫模塊2.1.3模塊接口四線制（圖2.2） VCC 外接3.3V-5V電壓（可以直接與5v單片機和3.3v單片機相連） GND 外接GND DO 小板數(shù)字量輸出接口（0和1） AO 小板模擬量輸出接口 圖 2.2電路圖2.2 A/D轉換模塊介紹：PCF8591是一個單片集成、單獨供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行I2C總線接口。PCF859

9、1的3個地址引腳A0, A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個I2C總線上接入8個PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進行傳輸（圖2.3）。 圖 2.3 A/D轉換模塊 2.2.1 性能指標 1、單電源供電 2、PCF8591的操作電壓范圍2.5V-6V 3、低待機電流 4、通過I2C總線串行輸入/輸出 5、PCF8591通過3個硬件地址引腳尋址 6、PCF8591的采樣率由I2C總線速率決定 7、4個模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 8、自動增量頻道選擇 9、PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到V

10、DD 10、PCF8591內置跟蹤保持電路 2.2.2 功能描述（圖2.4）： 1、模塊芯片采用PCF8951 2、模塊支持外部4路電壓輸入采集（電壓輸入范圍0-5v） 4、模塊集成熱敏電阻，可以通過AD采集環(huán)境溫度精確數(shù)值 5、模塊集成1路0-5V電壓輸入采集 6、模塊帶DA輸出指示燈，當模塊DA輸出接口電壓達到一定值，會點亮 板上DA輸出指示燈，電壓越大，指示燈亮度越明顯 圖 2.4模塊圖2.2.3 接口說明（圖2.5、2.6）本模塊左邊和右邊分別外擴2路排針接口，分別說 明如下： 1、左邊 AOUT 芯片DA輸出接口 2、AINO 芯片模擬輸入接口0 3、AIN1 芯片模擬輸入接口1 4

11、、AIN2 芯片模擬輸入接口2 5、AIN3 芯片模擬輸入接口3 圖 2.5 PCF8591引腳顯示 圖 2.6引腳電路2.3顯示模塊 LED數(shù)碼管（共陰極）：對于單個數(shù)碼管來說，從正面看，左下角那個腳為1腳，以逆時針方向依次為110腳，左上角那個腳便是10腳了，上面兩個圖中的數(shù)字分別與這10個管腳一一對應。注意，3腳和8腳是連通的，這兩個都是公共腳，如圖2.7。 圖 2.7共陰極 2.4單片機模塊 單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成

12、諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，如圖2.8。 圖 2.8單片機引腳顯示第三章 軟件設計3.1 軟件設計概述

13、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LED顯示，其中程序初始化主要是對AD和LED進行初始化，如圖3.1所示。 圖 3.1程序流程圖 3.2 I2C簡介 概念： I2C 總線支持任何IC 生產(chǎn)過程(CMOS、雙極性）。通過串行數(shù)據(jù)（SDA）線和串行時鐘 SCL）線在連接到總線的器件間傳遞信息。每個器件都有一個唯一的地址識別（無論是微控制器MCU、LCD 驅動器、存儲器或鍵盤接口），而且都可以作為一個發(fā)送器或接收器（由器件的功能決定）。LCD 驅動器只能作為接收

14、器，而存儲器則既可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù)。除了發(fā)送器和接收器外，器件在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時也可以被看作是主機或從機。主機是初始化總線的數(shù)據(jù)傳輸并產(chǎn)生允許傳輸?shù)臅r鐘信號 的器件。此時，任何被尋址的器件都被認為是從機。 特征：1、只要求兩條總線線路：一條串行數(shù)據(jù)線SDA，一條串行時鐘線SCL；2、每個連接到總線的器件都可以通過唯一的地址和一直存在的簡單的主機/從機關系軟件設定地址，主機可以作為主機發(fā)送器或主機接收器；3、它是一個真正的多主機總線，如果兩個或更多主機同時初始化，數(shù)據(jù)傳輸可以通過沖突檢測和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞；4、串行的8 位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標準模式下可達100kbit/s，快速模式下可達4

15、00kbit/s，高速模式下可達3.4Mbit/s；5、連接到相同總線的IC 數(shù)量只受到總線的最大電容400pF 限制。3.3 溫度顯示模塊程序LED采用+5V電壓驅動，其數(shù)據(jù)接口和讀寫控制引腳與STC89C52片機的I/O口直接相連。將采集到的模擬電壓值經(jīng)過A/D轉換后送給單片機，單片機查表得到溫度值，通過I/O口傳輸給LED顯示，如圖3.2所示。 圖 3.2顯示流程圖 第四章 總結心得通過這次的課程設計實習，讓我們深刻的體會到我們專業(yè)知識的重要性，還有組員之間的配合。在五周的課程設計時間里，我們從最開始的找資料，了解我們要做的是關于什么的題目，到懂得他的運作過程，到買所需要的模塊和匹配的型

16、號，再到我們自己組建我們的設計雛形，更是到我們自己調試，最后到我們寫報告和上交我們的實習成果，在這個過程里，我們充分體現(xiàn)了自己動手的價值。當我們從熱電阻測溫系統(tǒng)到熱敏電阻測溫系統(tǒng)，從中間的一系列錯誤到最后的正確使用，從找不到熱電阻而心急到買來熱敏電阻而代替，在這個過程中，一直是我們自己解決，在這樣出現(xiàn)問題，在解決問題，在這個獨一無二的過程中，我們學會了如何看待問題的發(fā)生，再去解決它。在我們做設計的時候，首先先要選擇的是硬件方面。選擇硬件，要比較同類產(chǎn)品的穩(wěn)定性、功耗、體積、價格等，另外還要符合設計的全部要求。在顯示方面，就采用數(shù)碼管顯示的方法。其次是軟件方面。把程序分塊編寫能夠有效地提高正確性

17、和編程效率。其中有重要的兩個步驟：第一，把溫度采集部分的程序調試成功，其中包括A/D轉換程序。第二，把顯示程序調試成功。在做完這兩步后，大體上就出現(xiàn)了我們設計的輪廓了。參考文獻1 郭艷玲,陳利軍.基于AT89C52單片機的溫濕度控制采集系統(tǒng)J.林業(yè)機械與木工設備.2007(05).2 陳杰. 傳感器與檢測技術M北京:高教出版社，2004.3 沙占友,王彥朋,孟志永.單片機外圍電路設計.電子工業(yè)出版社，2003.4 謝宜仁.單片機實用技術問答. 人民郵電出版社，2003.5 孫傳友,漢澤西.測控系統(tǒng)原理與設計.北京航空航天大學出版社，2002.6 章吉良，周勇，戴旭涵等微傳感器原理、技術及應用M

18、上海：上海交通大學出版社，2005.7 李全利，仲偉峰，徐軍.單片機原理及應用.北京：清華大學社，2006.8 譚浩強.程序設計與開發(fā)技術.北京：清華大學出版社，1991.9 王平，劉偉. 數(shù)字溫度傳感器在CPU測溫中的應用. 河海大學電氣院自動化 系，江蘇南京(210098).10 趙海蘭,趙祥偉.智能溫度傳感器DSl8B20原理與應用.現(xiàn)代電子技術,2003年. 11 唐麗華.基于PASCO平臺的溫度信息采集.集美大學.12 劉希民.基于電流法的熱電阻溫度測量裝置J.儀器儀表學報,2007(S1).13 李齊放,陳蘊.熱敏電阻的直接積分式A/D轉換原理J.三峽大學學報(自然科學版),200

19、1(02).14 姜宇鵬,陳越惠,肖棋文.基于51單片機的數(shù)字溫度計設計J.企業(yè)技術開發(fā),2011(14).15 劉丙友,凌有鑄.基于單片機AT89C52的多路溫、濕度測試系統(tǒng)J.自動化與儀表,2007(03).附錄A 電路圖 附錄B 程序編程#include <reg52.h>#include<intrins.h>/*aaaaaaaaaa#include "i2c.h"*/#include "delay.h"#define _Nop() _nop_() /定義空指令#define DataPort P0bit ack; sbit

20、 SDA=P11;sbit SCL=P10;sbit LATCH1=P20;sbit LATCH2=P23;/*- 啟動總線-*/void Start_I2c() SDA=1; /發(fā)送起始條件的數(shù)據(jù)信號 _Nop(); SCL=1; _Nop(); /起始條件建立時間大于4.7us,延時 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=0; /發(fā)送起始信號 _Nop(); /起始條件鎖定時間大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; /鉗住I2C總線，準備發(fā)送或接收數(shù)據(jù) _Nop(); _Nop();/*- 結束總線-*/voi

21、d Stop_I2c() SDA=0; /發(fā)送結束條件的數(shù)據(jù)信號 _Nop(); /發(fā)送結束條件的時鐘信號 SCL=1; /結束條件建立時間大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop(); SDA=1; /發(fā)送I2C總線結束信號 _Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop();void SendByte(unsigned char c) unsigned char BitCnt; for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt+) /要傳送的數(shù)據(jù)長度為8位 if(c<<BitCnt)&0x80)SDA=1;

22、 /判斷發(fā)送位 else SDA=0; _Nop(); SCL=1; /置時鐘線為高，通知被控器開始接收數(shù)據(jù)位 _Nop(); _Nop(); /保證時鐘高電平周期大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; _Nop(); _Nop(); SDA=1; /8位發(fā)送完后釋放數(shù)據(jù)線，準備接收應答位 _Nop(); _Nop(); SCL=1; _Nop(); _Nop(); _Nop(); if(SDA=1)ack=0; else ack=1; /判斷是否接收到應答信號 SCL=0; _Nop(); _Nop();unsigned char RcvByte() unsig

23、ned char retc; unsigned char BitCnt; retc=0; SDA=1; /置數(shù)據(jù)線為輸入方式 for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt+) _Nop(); SCL=0; /置時鐘線為低，準備接收數(shù)據(jù)位 _Nop(); _Nop(); /時鐘低電平周期大于4.7us _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=1; /置時鐘線為高使數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)有效 _Nop(); _Nop(); retc=retc<<1; if(SDA=1)retc=retc+1; /讀數(shù)據(jù)位,接收的數(shù)據(jù)位放入retc中 _Nop(); _Nop()

24、; SCL=0; _Nop(); _Nop(); return(retc);void NoAck_I2c(void) SDA=1; _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=1; _Nop(); _Nop(); /時鐘低電平周期大于4 _Nop(); _Nop(); _Nop(); SCL=0; /清時鐘線，鉗住I2C總線以便繼續(xù)接收 _Nop(); _Nop();void DelayUs2x(unsigned char t) while(-t);void DelayMs(unsigned char t) while(t-) /大致延時1mS DelayUs2x(245); De

25、layUs2x(245); /sbit LATCH1=P20;/定義鎖存使能端口 段鎖存/sbit LATCH2=P23;/ 位鎖存unsigned char code dofly_DuanMa10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/ 顯示段碼值09unsigned char code dofly_WeiMa=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/分別對應相應的數(shù)碼管點亮,即位碼unsigned char TempData8; /存儲顯示值的全局變量void Display(unsi

26、gned char FirstBit,unsigned char Num) static unsigned char i=0; DataPort=0; /清空數(shù)據(jù)，防止有交替重影 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; DataPort=dofly_WeiMai+FirstBit; /取位碼 LATCH2=1; /位鎖存 LATCH2=0; DataPort=TempDatai; /取顯示數(shù)據(jù)，段碼 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; i+; if(i=Num) i=0;/*- 定時器初始化子程序-*/void Init_Timer0(void) TMOD |= 0x0

27、1; /使用模式1，16位定時器，使用"|"符號可以在使用多個定時器時不受影響 /TH0=0x00; /給定初值 /TL0=0x00; EA=1; /總中斷打開 ET0=1; /定時器中斷打開 TR0=1; /定時器開關打開/*- 定時器中斷子程序-*/void Timer0_isr(void) interrupt 1 TH0=(65536-2000)/256; /重新賦值 2ms TL0=(65536-2000)%256; Display(0,8);code unsigned int vt_table=/ 電壓溫度對照表4132,4098,4063,4026,3988,3

28、949,3908,3866,3823,3779,3733,3686,3639,3590,3540,3489,3437,3385,3331,3277,3222,3166,3110,3054,2997,2940,2882,2824,2767,2709,2651,2593,2536,2478,2421,2365,2309,2253,2198,2143,2089,2036,1984,1932,1881,1831,1782,1734,1686,1640,1594,1550,1506,1464,1422,1381,1341,1303,1265,1228,1192;#define AddWr 0x90 /寫數(shù)據(jù)地址 PCF8591#define AddRd 0x91 /讀