温度采集系统

方案设计与分析
1温度控制系统方案
测温系统采用集成温度传感器AD590测量温度,AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点。

可广泛应用于各种冰箱、空调器、粮仓、冰库、工业仪器配套和各种温度的测量和控制等领域。

将AD590测得的温度信号经转换电路转换为电压量输出,再经AD转换后,将数据送入单片机处理,最后由显示电路显示所测温度,此外还设有键盘,用来设置温度,将测得温度与设置温度比较后,由指示灯指示系统所处的工作状态。

2硬件资源简介
2.1 89C51简介
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—F alsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89 C2051是它的一种精简版本。

89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

2.3三端稳压器LM7805简介
三端稳压集成电路lm7805电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78 ××系列和负电压输出的lm79××系列。

顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有lm9013样子的TO-92封装。

用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。

该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示
输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。

为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。

2.4 AD590简介
AD590是美国ANALO G DEV ICES 公司的单片集成两端感温电流源。

其主要特性如下：
(1) 流过器件的电流(μA) 等于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数：I r/T=1 式中，Ir—流过器件(AD590) 的电流，单位为μA；T—热力学温度，单位为K；
(2) AD590的测温范围为- 55℃~+150℃；
(3) AD590的电源电压范围为4～30 V，可以承受44 V正向电压和20 V 反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；
(4) 输出电阻为710 mΩ；
(5) 精度高，AD590在- 55℃~+150℃范围内，非线性误差仅为±0.3℃。

2.5 ADC0801简介
ADC0801是逐次逼近式8位MOS型AD转换器。

3系统结构图
温度系统的总体结构框图如图3-1所示。

主要包括温度采集、实时温度显示、报警指示、输入键盘，系统核心采用AT89C51单片机作为微处理器。

图3-1 系统总体原理框图
温度采集部分将数据传入单片机进行数据处理，然后送到实时显示部分显示。

实时显示部分可以显示通过键盘输入的设置温度，默认设置温度为20℃。

将所测温度与设置的温度进行比较后报警。

4系统设计
4.1硬件设计
4.1.1电源设计
测温电路需要+12V、-12V电源，单片机系统和显示电路需要+5V电源，将220V交流电压变压整流后经三端稳压器LM7805、LM7812、LM7912分别输出+5V、+12V、-12V电压。

图4-1
4.1.2最小系统
本设计采用AT89C51单片机，采取上电自动复位和手动复位两种复位方式。

连接电路图如图4-2。

图4-2
4.1.3键盘设计
设置温度值采用两个按键，以中断方式输入，分别接单片机的P32和P33口，一个按键控制数值递增，另一个控制递减。

图4-3
4.1.4显示LED
显示分为两部分，分别显示两位测得温度值和两位设置的温度值，为减少对单片机IO口的占用，采用扫描显示方式，将四个数码管并联，数据口接单片机
P2口，控制端接P1口的低四位。

图4-4
4.1.5输入部分
测温电路首先应将电流转换成电压。

由于AD590为电流输出元件，在0℃时输出的电流I=273 uA，温度T每增加1℃，I增加1u A。

输出的电压变化为: Δv=1uA×R2
系统要求电压变化范围在0—5伏，可解得R2<62.5K，设计中R2采用了52K 的电阻。

当温度为-10摄氏度时，要求输出电压尽量接近于0 V，
U0=(It-Vcc/R1) ×R2=0
由上述公式，得R1约为56k,本设计中取R1=56.3
图4-5
ADC0801是逐次逼近式8位MOS型AD转换器，其转换电路如下图，数据总线接单片机的P0口，RD脚接P37，WR脚接P36，转换结束状态信号接P30，用查询方式转换。

图4-6
4.2软件设计
4.2.1主程序
主程序流程框图如图4-2-1，外部中断0的中断服务程序流程框图见图4-2-2，外部中断1的中断服务程序见图4-2-3。

图4-2-1主程序流程图 图4-2-2外部中断0服务程序流程图 图4-2-3外部中断1服
务程序流程图
4.2.2模块化设计程序
#include "reg51.h" #include "intrins.h" #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit ds=P1^0; sbit dula=P2^6; sbit wela=P2^7; uchar flag ; uint temp;
uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; uchar code table1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd, 0x87,0xff,0xef};
void TempDelay (uchar us)
{
while(us--);
}
void delay(uint count)
{
uint i;
while(count)
{
i=200;
while(i>0)
i--;
count--;
}
}
void init_com()
{ TMOD=0x20;
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
TR1=1;
SM0=0;
// REN=1;
PCON=0;
// SMOD=0;
// EA=1;
//ES=1;
}
void display(uint temp) {
uchar qian,bai,shi,ge;
qian=temp/1000;
bai=t temp%1000/100;
shi=temp%100/10;
ge=temp%100%10; dula=0;
P0=table1[qian];
dula=1;
dula=0;
P0=0xfe;
wela=1;
wela=0;
delay(1);
P0=table[bai];
dula=1;
dula=0;
P0=0xfd;
wela=1;
wela=0;
delay(1);
P0=table1[shi];
dula=1;
dula=0;
P0=0xfc;
wela=1;
wela=0;
delay(1);
P0=table[ge];
dula=1;
dula=0;
P0=0xfb;
wela=1;
wela=0;
delay(1);
}
5方案综合评价与分析
本设计采用集成温度传感器AD590测量温度,AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点。

将AD590测得的温度信号经转换电路转换为电压量输出,再经AD转换后,将数据送入单片机处理,最后由显示电路显示所测温度,此外还设有键盘,用来设置温度,将测得温度与设置温度比较后,由指示灯指示系统所处的工作状态。

同时借助protel99SE软件，绘制出系统原理图以及系统的元件封装图，充分利用所学知识进行软硬件设计，结合实际，最终形成简单的温度控制系统。

该温度控制系统结构，通过单片机和简单的模拟电路实现对温度的控制和显示，可以应用到生产和生活等对温度控制要求较低的场合。