基于单片机的热电阻温度检测

摘要
温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。

温度控制失误就可能引起生产安全、产品产量等一系列问题。

因此对温度的检测的意义就越来越大。

温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生化领域中，得到了广泛应用。

在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。

使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。

本课程设计采用金属热电阻温度计进行测温，工业中常采用三线制接法，尤其是在测温范围窄，导线长，架设铜导线途中温度发生变化等情况。

并通过ADC0809模数转换后经单片机送显示。

关键词：热电阻 ADC0809 AT89C52 显示
目录
引言 (1)
一.系统原理及原理图 (1)
1.系统原理 (1)
（1）温度检测与处理 (1)
（2）模数转换 (2)
（3）温度显示 (2)
2.系统原理图 (2)
二.温度检测模块的设计 (2)
1.电阻温度计简介 (2)
2.温度检测及信号处理 (3)
三．模数转换 (3)
1.模数转换简介 (3)
2.ADC0809简介…………………………………………4.
3.单片机与ADC0809的连接 (4)
四．显示及声光报警电路 (5)
五．系统总电路图 (6)
六．总结 (8)
体会 (9)
参考文献 (10)
引言
自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着极其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。

随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。

例如：在冶金工业、化化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行监测和控制。

采用MCS-51单片机对温度进行控制，不仅具有控制方便、组太简单和灵活性大等优点，而且可以把幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

因此，单片机对温度的控制问题是一个工业中经常会遇到的问题。

温度控制在我们的日常生活中是非常有用的，我们利用温度控制来更好的为我们的生活工作所服务，随着单片机行业的迅速发展，将会有更好的温度控制仪的出现。

一．系统原理及原理图
1．系统原理
该电阻温度检测系统由三部分组成：温度检测与处理，模数转换，温度显示。

（1）温度检测与处理
电阻式温度计是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。

当被测介质中有温度阶梯存在时，所所测得温度是感温元件所在范围介质中的平均温度。

尽管导体或半导体材料的电阻值对温度的变化都有一定的依赖关系，但适用于制作温度检测元件的并不多，作为热电阻必须满足以下要求：
①要有尽可能大而且稳定的电阻温度系数
②电阻率要大，以便在同样灵敏度下减小元件的尺寸
③电阻随温度变化要有单值函数关系，最好呈线性关系
④在电阻的使用温度范围内，其化学和物理性能稳定，在加工时要有较好的工艺性
⑤材料要易于提纯，要能分批复制而不改变其性能，要有良好的相互互换性
⑥材料的价格便宜，有较高的性能价格比
由电阻温度传感器检测的信号不稳定，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，往往还有各种噪声。

而传感器的输出信号一般又很微弱，为了将测量信号从含有噪声的信号中分离出来我采用了四运放LM324进行信号放大及低通滤波，将噪声去除。

（2）模数转换
A/D转换器的作用就是把模拟量转换成数字量，以便于单片机进行处理。

电阻温度计将测量温度以电信号的形式传递给ADC0809（逐次比较型），将电压信号转换成单片机可接收的数字信号。

（3）温度显示
这部分模块由四位八段共阳极的数码管组成，段选部分直接与单片机相连。

2.系统原理图
图1 系统原理图
二．温度检测模块的设计
1.电阻温度计简介
利用导体和半导体的电阻随温度变化这一性质做成的温度计称为电阻温度计。

电阻温度计测量的精度比较高，有较大的测温范围，尤其是在低温测量方面比热电偶温度计为佳，热电偶温度计有参比端处理问题，而热电阻温度计则没有，易于使用于自动测量中，也便于远距离测量。

电阻温度计按感温元件分类分为：
（1）金属热电阻温度计：主要由铂电阻、铜电阻、镍电阻和铑铁合金等；
（2）半导体热敏电阻温度计
2.温度检测及信号处理
本次设计采用三线制方案。

在热电阻感温元件的一端连接两根引线，另一端连接一根引线，当电桥平衡时有
R17(R18+R13)=R16(R15+Rt)
若R16=R17，则有
R13+R18=R15+Rt
若两引线电阻相等，即R13=R15，则上式变成R18=Rt。

可见，这种引线形式可以较好的消除引线电阻的影响，且引线电阻因沿线环境温度变化而引起的组织的变化量也被分别接入两个相邻的桥臂上，可相互抵消。

因此三线制测量准确度高于两线制，应用较广。

图2 温度检测及处理电路
三．模数转换
1.模数转换简介
模数转换(ADC)亦称模拟一数字转换，与数/模(D/A)转换相反，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。

模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。

在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样，量化噪声及接收机噪声等因素的影响，采样速率一般取 fS=2.5fmax。

通常采样脉冲的宽度 tw 是很短的，故采样输出是断续的窄脉冲。

要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。

量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问题就是量化误差。

假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。

编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。

2.ADC0809简介
本次设计模数转换部分用ADC0809。

ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。

它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成（见图3）。

多路开关可选通8个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。

三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

ADC0809工作方式：（1）ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与AT89S51 单片机直接相连。

（2）初始化时，使ST 和OE信号全为低电平。

（3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。

（4）在ST 端给出一个至少有100ns 宽的正脉冲信号。

（5）是否转换完毕，我们根据EOC 信号来判断。

（6）当EOC变为高电平时，这时给OE 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。

3.单片机与ADC0809的连接
（1）这是一种数据线对数据线、地址线对地址线的标准连接方式。

但是由于51 单片机没有现成的低8 位地址总线,所以采用这种标准连接方式需要用
74LS373 或类似芯片产生低8 位地址总线.早期的MCS51 系列单片机的应用品种很多是没有内置程序存贮器的8031 芯片,本身就需要外挂74LS373 等芯片产生低8 位地址总线来外接E2PROM等程序存贮器,连接ADC0809 时不需要专门
外挂74LS373.因此早期的MCS51 系列单片机,如8031 , 采用这种方式连接ADC0809 还是比较可行的.图4中的P2.7线作为整个ADC0809 芯片的片选线. 当P2.7 = 0 时,或非门敞开,允许写信号通过,将单片机负的写脉冲转换为ADC0809所需要的正脉冲,以选中ADC0809 某一通道并启动转换.
（2）通常芯片的地址线只能进不能出,ADC0809的数据线有一特点:只能出不能进。

就是说,就像往SBUF写入时写到发送缓冲寄存器,从SBUF读出时实际是读取接收缓冲寄存器的数据一样,往ADC0809 写入时,把数据总线上的数据写到地址寄存器,从ADC0809 读出时实际是读取转换结果数据.因此可以在把51 单片机的8 位数据线接到ADC0809 的8 位数据线的同时,又把其中的3 位直接接到ADC0809 的3 根地址线以确定通道号.
通常把51 单片机的8 位数据线中的低3 位D2 ,D1 ,D0 直接接到ADC0809 的3 根地址线A2 ,A1 ,A0 以确定通道号。

采用这种连接方式明显可以省去一片74LS373. ADC0809 的转换结果寄存器在概念上定位为单片机外部RAM单元的只读寄存器,而通道号锁存器在概念上定位为单片机同一个外部RAM单元的只写寄存器. 同一个外部RAM单元的只读寄存器与只写寄存器使用同一个地址,就像51 系列单片机的串行发送缓冲器与串行接收缓冲器使用同一个地址99H 一样,不会发生混乱。

连接方式有一个特点,那就是单片机要把最低3 位二进制数据通过数据总线写入ADC0809的地址锁存器,然后作为通道地址使用.
（3）在很多应用场合,AT89S51 内部的硬件资源,例如4kB 闪存,128B 内部RAM,一个串行口和 4 个8 位并行口等,已经够用. 就是说,在很多应用场合,不需要外扩RAM或I/ O 口.当51 单片机没有外扩RAM 和I/ O 口时,ADC0809 就可以在概念上作为一个特殊的唯一的外扩RAM 单元. 因为它是唯一的,就没有地址编号,也就不需要任何地址线或者地址译码线. 只要单片机往外部RAM 写
入,就是写到ADC0809 的地址寄存器中. 只要单片机从外部RAM读取数据,就是读取ADC0809 的转换结果.基于这种外部RAM 的唯一单元概念设计的AT89S51 与ADC0809 的连接电路。

AV
图3 模数转换电路
四．显示及声光报警电路
1.显示
本次设计的显示采取四位八段数码管与单片机直接相连，由单片机控制数码管的显示，并由按键控制数码管的显示方法，以及数值调整
2.声光报警
声光报警电路由蜂鸣器和发光二极管组成，当温度超过上限，或者低于下限时，蜂鸣器会发出鸣叫，二极管发光。

图4 显示和声光报警电路五．系统总电路图
图5 数字温度检测电路
六．总结
我们认为，在这学期的课程设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

之所以使用单片机作为我们的执行核心，不仅是因为现在是社会上应用比较多的单片机。

不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。

完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。

很少有人会一步登天吧。

永不言弃才是最重要的。

而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。

以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。

就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。

而团队合作也是当今社会最提倡的。

虽然课程设计结束了，也留下了很多遗憾，因为由于时间的紧缺和许多课业的繁忙，并没有做到最好，但是，最起码我们没有放弃，它是我们的骄傲！相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。

我们的激情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。

体会
大学三年多的时间都是在学习测控与仪器方面的专业知识，并未真正的应用和实习。

虽然在上个学期有关于电子方面的设计练习，积累了一定的知识，并融合到具体的实物当中。

但是经过这次protel课程设计，我接触到了更多平时没有接触到的仪器设备、元器件以及相关的使用调试经验，发现了自己很多不足之处。

我还体会到了所学理论知识的重要性：知识掌握得越多，设计的就更全面、更顺利、更好。

了解进行一项相对比较大型的设计所必不可少的几个阶段。

课程设计能够从理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的全面素质。

我经过这次系统的课程设计，熟悉了对一项课题进行研究、设计和实验的详细过程。

这些在我将来的工作和学习当中都会用很大的帮助。

学回来怎样查阅资料和利用工具书。

平时课堂上所学的知识大多比较陈旧，作为测控技术专业的学生，由于专业特点自己要更积极查阅当前最新电子信息资料。

一个人不可能什么都学过，什么都强，因此，当你在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时，就要去有针对性的查找资料，然后加以吸收利用，以提高自己的应用能力，而且还能增长自己见识，补充最新的专业知识。

实践能力得到了进一步的提高，在调试过程中积累了一些经验。

课程设计对以前学过的理论知识起到了回顾作用，并对其加以进一步的消化和巩固。

课程设计培养了严肃认真和实事求是的科学态度。

而且培养了吃苦耐劳的精神以及相对应的工程意识，同学们之间的友谊互助也充分的在课程设计当中体现出来了。

在这里，我要感谢我的同学，在我的课程设计中，有几位同学给了我许多的帮助。

我还要真诚的感谢他们在设计过程中所有给我帮助。

参考文献：
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