单片机课设 热敏电阻测温系统

前言

近年来，我国工业现代化的进程和电子信息产业连续的高速增长，带动了传感器市场的快速上升。温度传感器作为传感器中的重要一类，占整个传感器总需求量的40%以上。温度传感器是利用NTC的阻值随温度变化的特性，将非电学的物理量转换为电学量，从而可以进行温度精确测量与自动控制的半导体器件。温度传感器与被测介质的接触方式分为两大类：接触式和非接触式。接触式温度传感器需要与被测介质保持热接触，使两者进行充分的热交换而达到同一温度。这一类传感器主要有电阻式、热电偶、PN结温度传感器等。非接触式温度传感器无需与被测介质接触，而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器，以达到测温的目的。这一类传感器主要有红外测温传感器。这种测温方法的主要特点是可以测量运动状态物质的温度

热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。热敏电阻在两条线上测量的是绝对温度，有较好的精度，但它比热偶贵，可测温度范围也小于热偶。一种常用热敏电阻在25℃时的阻值为5kΩ，每1℃的温度改变造成200Ω的电阻变化。注意10Ω的引线电阻仅造成可忽略的 0.05℃误差。它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于有空间要求的应用是有利的，但必须注意防止自热误差。热敏电阻还有其自身的测量技巧。热敏电阻体积小是优点，它能很快稳定，不会造成热负载。不过也因此很不结实，大电流会造成自热。由于热敏电阻是一种电阻性器件，任何电流源都会在其上因功率而造成发热。功率等于电流平方与电阻的积。因此要使用小的电流源。如果热敏电阻暴露在高热中，将导致永久性的损坏。

摘要

本次设计为热敏电阻温度测量系统的实现，温度测量显示系统，以热敏电阻构成温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，后经过集成放大器放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，用单片机进行数据的处理，通过显示电路，在LED显示数码管上显示。具体使用热敏电阻监测温度变化，与R1，R2，R3电阻构成测温电桥，当温度变化时，电桥处于不平衡状态，两端输出不平衡电压，并将通过运算放大器将微弱电压信号放大，为测温提供符合转换条件的模拟电压。传感器输出的模拟电压经一通道输入ADC0809，经内部芯片处理，通过逐次逼近把模拟信号转换成数字信号，实现硬件滤波和AD模数转换。采用8051单片机，其工作在最小模式下，将AD模数转换的数据进行处理，计算等操作，对应转换表格，来控制LED数码管的输出显示。根据单片机处理信号的输出，来驱动数码管的显示，利用动态数码管实时显示出环境温度。

关键字：热敏电阻 A/D数模转换单片机 LED数码管动态显示

目录

第一章设计方案与原理 (6)

1.1 设计目的及要求 (6)

1.2 设计思路及分析 (6)

第二章热敏电阻温度传感器原理 (7)

2.1 热敏电阻特性 (7)

2.2 测温电桥及信号放大电路 (7)

2.3 电桥输出电压分析 (8)

2.4 放大电路 (9)

第三章 ADC0809模数转换器 (10)

3.1 ADC0809基本特性 (10)

3.2 ADC0890工作过程 (11)

第四章 LED显示器原理 (12)

4.1 LED数码管简介 (12)

4.2 数码管控制方式 (12)

第五章 AT89C51单片机介绍 (13)

第六章设计流程及硬件连线 (14)

6.1 硬件电路接线 (14)

6.2 设计流程 (16)

第七章汇编程序设计 (16)

总结 (20)

参考文献 (21)

燕山大学评审意见表 (22)

第一章：设计方案与原理

1.1 设计目的及要求;

1.1.1 设计目的：温度传感器作为传感器中的重要一类，占整个传感器总需求量的40%以上。热敏电阻温度测量系统是利用NTC的阻值随温度变化的特性，将非电学的物理量转换为电学量，具有体积非常小，对温度变化的响应也快的优点。

1.1.2 设计要求：

设计一个采用热敏电阻为敏感元件的温度测量显示系统，温度显示范围为0-100℃，显示分辨率0.1℃。依据系统要求，具体设计热敏电阻检测电路与单片机的接口电路、4位LED显示电路；编制相应的程序。

1.2设计思路及分析

1.2.1设计思路：

该温度测量显示系统，以热敏电阻构成温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，后经过集成放大器放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，用单片机进行数据的处理，通过显示电路，在LED显示数码管上显示出被测量的环境温度。

热敏电阻温度测量显示系统原理图

1.2.2 各模块分析：

1 热敏电阻模块：

使用热敏电阻监测温度变化，与R1，R2，R3电阻构成测温电桥，当温度变化时，电桥处于不平衡状态，两端输出不平衡电压，并将通过运算放大器将微弱电压信号放大，为测温提供符合转换条件的模拟电压。

2 ADC0809数模转换器模块：

传感器输出的模拟电压经一通道输入ADC0809，经内部芯片处理，通过逐

次逼近把模拟信号转换成数字信号，实现硬件滤波和AD模数转换。

3 AT89C51单片机模块：

采用8051单片机，其工作在最小模式下，将AD模数转换的数据进行处理，计算等操作，对应转换表格，来控制LED数码管的输出显示。

4 LED数码管显示模块：

根据单片机处理信号的输出，来驱动数码管的显示，利用动态数码管实时显示出环境温度。

5 电源电路模块：

实现温度的精确测量与显示跟一个合适的稳定的电源是密不可分的，由系统组成可知，系统要正常工作需要一个稳定的+5V电源，用来给测温电桥，单片机，显示模块，AD模块供电，要实现信号的放大还需要给放大模块提供稳定的+9V ,-9V电源，使其稳定正常工作。

第二章：热敏电阻温度传感器原理

2.1 热敏电阻特性：

热敏电阻的主要特点是：①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。

温度是表征物体冷热程度的物理量，常见的温度传感器有热电阻传感器、热敏电阻传感器、热电偶温度传感器、集成温度传感器。热敏电阻本身是一个利用其电阻值随温度变化而变化的温度传感元件，而且其灵敏度高、体积小、使用方便、结构简单等优点，因此利用热敏电阻制成的温度计广泛应用于航空、医学、工业及家用电器等方面做测温、控制、温度补偿、流速测量、液面指示等。采用以单片机为核心的热敏电阻温度计能很容易地减小上述影响，并且读数方便，精确度高，更显数字化。

2.2 测温电桥及信号放大电路