温度测量仪的设计

温度测量仪的设计

电信1302

刘志威

0121309340310

[摘要]本系统采用单片机AT89S51作为温度测量系统的检测核心，按键输入由单片机控制采用不同的方式，实现对不同方式的温度测量。本系统采用四种方法进行测量：1.采用高精度温度芯片DS18B20进行测量；2.采用温敏电阻进行A/D测量，得出电压与电阻的关系，然后根据对应的阻值查找相应的温度值；3.采用NE555与温敏电阻组成多谐振荡器，当温敏电阻的阻值随温度变化时，振荡器的输出频率也随之变化；4.采用标称电阻与温敏电阻对电容进行充放电时间的对比，得出温敏电阻的阻值进行查找温度。

[关键字]温度测量不同方法18B20 NE555 多谐振荡 A/D采集充放电

一、系统整体设计方案

1.1系统整体功能

本系统采用单片机AT89S51作为温度测量系统的检测核心，按键输入由单片机控制采用不同的方式，实现对不同方式的温度测量。本系统采用四种方法进行测量：1.采用高精度温度芯片DS18B20进行测量， DS18B20具有很多优点，它支持“一线总线”接口，体积小，无需外围软件，使系统设计更灵活、方便，只需一个引脚与单片机通讯即可；

2.采用温敏电阻进行A/D测量，得出电压与电阻的关系，然后根据对应的阻值查找相应的温度值；

3.采用NE555与温敏电阻组成多谐振荡器，当温敏电阻的阻值随温度变化时，振荡器的输出频率也随之变化；

4.采用标称电阻与温敏电阻对电容进行充放电时间的对比，得出温敏电阻的阻值进行查找温度。

1.2 系统实现框图

图1 系统总体框架图

二、各功能模块电路设计与分析

2.1单片机小系统设计：

AT89S51是一个低功耗，高性能8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。单片机小系统硬件原理图（见图2）。

图2 单片机小系统硬件原理图

2.2 DS18B20设计：

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便，测量温度范围在－55。C到＋125。C之间，测量精度高。（见图3）

图3 DS18B20模块电路

2.3 A/D采集模块的设计：

A/D采集模块采用OP07运算放大器和ADC0832串行模数转换器组成。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。（见图4）

图4 A/D模数转换模块电路

2.4 NE555多谐振荡器模块设计：

555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。

图5 NE555芯片内部图

NE555（见图5）定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

由上可设计出多谐振荡器。（见图6）

图6 多谐振荡器模块

2.5电容充放电电路模块设计：

采用标称电阻和温敏电阻对电容充放电。通过单片机测量他们的充放电时间，通过对比得到温敏电阻当前温度的阻值，进而确定当前温度值。电路如图7。

图7 电容充放电电路

2.6显示电路模块设计：

采用LED数码管显示所测温度(见图8)。在本设计中需要用到4只LED数码管进行动态显示可以达到要求。采用LED的优点是亮度高，醒目，价格便宜，寿命长；显示0～9的数字和字符。

图8 显示电路

2.7报警电路模块设计：

报警电路使用三极管8050和蜂鸣器组成。当温度超过或者低于设定温度值，单片机就驱动8050使蜂鸣器发出响声，进行报警提示。电路如图9。

图9 报警电路

2.8 系统PCB设计

图10 PCB TopLayer

图11 PCB BottomLayer

三、系统的软件设计

整个系统的主要任务是应用不同的方法对温度进行测量。通过按键可以在DS18B20、A/D电压采集、NE555多谐振荡器、电容充放电四种温度测量方式进行任意切换测量并显示。系统上电默认进行DS18B20测温，并显示。

3.1 读ADC0832程序

/************读ADC0832函数************/

unsigned int Adc0832(unsigned char channel) //采集并返回

{

uchar i=0;

uchar j;

uint dat=0;

uchar ndat=0;

if(channel==0)channel=2;

if(channel==1)channel=3;

ADDI=1;

_nop_();_nop_();

ADCS=0;//拉低CS端

_nop_();_nop_();

ADCLK=1;//拉高CLK端

_nop_();_nop_();