单片机智能温度计设计 第2页

引  言

单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。而现在单片机在农业上也有了很多的应用。

温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到的测量温度的工具是各种各样的温度计，例如，水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，又直观准确。

1 智能温度计的基本组成方框

     图1—1是智能温度计的基本组成方框。主要由温度传感器，放大器，A/D转换器，单片机控制，LED显示器，电源等组成。温度传感器是把温度转换成电压（或电流）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，电压值的变化范围从几个微伏到几个毫伏。不同的温度传感器，输出电压的范围也差别很大。放大器的主要功能是把微弱的温度电压信号放大到（0—2）伏或（0—5）伏的范围内，以便进行A/D转换。A/D转换器把放大后的模拟温度电压信号转换成对应的数字温度电压信号。单片机8051是智能温度计的控制核心，一方面控制A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面将采集到的数字温度电压值，经过计算处理，得到相应的温度值，送到LED显示器以数字形式显示测量的温度。LED显示器用于显示测量温度的结果。

图1—1  智能温度计方框图

2 系统硬件组成

 图1—2  测量摄氏（℃）温度的电路原理。若

假定 ：温度测量范围：0——150℃。摄氏（℃）

    温度数字显示： 000.0 或112.8等，十进制小数点后一位。

2.1、温度传感器AD590及其应用

 AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：

2.1.1  流过器件电流的微安数等于器件所处环境温度的热力学温度（开尔文）度数。即

IT/T=1µA/K

式中的IT为流过器件（AD590）的电流，单位µA，T为温度，单位为K。

  2.1.2  AD590的测温范围为-55 ℃ -+150 ℃。

 2.13  AD590的电源电压范围为4V~30V。电源电压从4V到6V变化，电流IT变化1µA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正相电压和20 V反相电压。因而器件反接也不会损坏器件。

  2.1.4 输出电阻为710ＭΩ。

  2.1.5 精度高。

 AD590在出厂以前已经校对，精度高。因为流过AD590的电流于热力学温度成正比，如两个电阻之和为１K,温度变化1°C，那么输出电压Vo变化为１ｍＶ／Ｋ。但由于AD590

的增益有偏差，电阻也有误差，调整的方法与对P－N结温度传感器调整的方法相同。即，把AD590放于冰水混合物中，调整电位器，使Vo＝273.2mV。或在室温下，例如25℃条件下调整电位器使Vo＝273.2＋25＝298.2（mV）。但这样调整只可以保证0 ℃或25 ℃附近有较高精度。

  图中用电位器R1调零点，用R2调增益，方法如下：在0 oC时调整W1使输出Vo＝273.2mV。然后在100 ℃时调W2使Vo＝373.2mV。然后反复多次，直至0 ℃时Vo＝273.2mV，100 ℃时Vo＝373.2mV为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25℃，那么Vo应为298.2mV。0 ℃和100 ℃环境的产生方法：冰水混合物是0 ℃的环境，沸水为100 ℃环境。

2.2  放大器

 放大器由运算放大器A组成，常用的芯片有：LF335，LF336，CA3140等，主要功能是把模拟的温度电压信号放大到A/D转换器要求的输入电压范围。A/D转换器MC14433要求，模拟输入电压的范围为：0——2V。W3的作用是抵消温度传感器AD590在摄氏0℃时产生的温度电压Vo＝273.2mV，使放大器A的输出电压为0.0V。放大器A的放大倍数选择为10，保证温度在0—150℃范围内变化，而放大器的输出电压在0—1。50V的范围内。电位器W2用于调整放大器的放大倍数。

2.3 A/D转换器MC14433

A/D转换器由双积分型3又1/2位A/D转换器MC14433来完成。因为温度的变化具有惯性，变化缓慢，MC14433的转换速度完全可以满足温度测量的要求。

MC14433的方框图和引脚如图3所示，它是单片CMOSA/D转换器,它采用双积分原理实现A/D转换。因为转换后的数字量有三位十进制数，而最高位只能输出０或１，故称为３又1/2位A/D转换器．该电路需要外接积分电阻Ｒ和电容Ｃ，外接失调补偿电容C。该电路具有自动调零、自动极性转换功能，它精度高、功耗低、使用方便并能与微机或其他数字电路兼容。它广泛用于数字面板表、数字万用表、数字量具和遥控遥测系统。若

图1—3  MC14433的方框图和引脚

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