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