多路温度巡回检测电路设计

摘要：本文叙述的是一个八路温度信号进行巡回检测电路设计。电路包括多谐振荡电路，LED 测量点显示电路，巡回检测电路，传感器电路等四部分组成。在传感器电路中使用的温度传感器把被检测信号变为电压信号，用模拟比较器把被检测信号进行处理，直接用数字电压表测出与温度值对应的电压值，并显示出该点是第几路检测点。本设计电路简单，可在生活生产中广泛使用。

关键字：温度传感器；巡回检测；数据采集；驱动显示；

一、概述

温度测量与控制在工业、农业、国防等行业有着广泛的应用，经常需要对生产过程或运行状态的各种工作参数实时进行巡回检测、监视并报警，以确保系统的稳定可靠性。利用单片机技术的温度测控仪以其体积小、可靠性高而被广泛采用。随着社会主义市场经济的发展，很多生产设备、生产线、仓库、热工装置等需要温度测量。目前检测温度一般采用热电偶或热敏电阻作为传感器。这种传感器至显示之间一般都用专用的温度补偿导线，而温度补偿导线价格很贵，并且线路太长也会影响测量精度。在实际应用中往往需要对较远处的温度信号进行监视。

本设计完成八点温度巡回检测，测温范围为0C 100C ，相对误差1％，并能用LED 数码管显示出“第几路测量点”。

二、方案论证

方案一：

在多路巡回检测电路系统中，利用了传感器进行数据采集及其转换，并由电压表显示，同时通过计数、译码、显示电路显示出是“第几路测试点”。本设计原理框图如图1所示：

图1 多路温度巡回检测电路原理框图

方案二：

本方案采用数模转换及数字信号锁存技术。当需要显示指定通道数据时便选通相应的锁存器。同时数码管显示所选通的通道数。此方案控制简单，无需555做时钟振荡，A/D 转换器也不许控制转换时序，只需一直处于转换状态即可。但是由于A/D 转换器的转换精度限制，以及转换最小时长的限制使得最后输出的电压值的实时性和精度得不到保证。故舍弃本方案。

传感器

模拟

开关

电压表显示

计数、译码

LED 显示测试点

图1 多路温度巡回检测电路原理框图2

三、电路设计

1、温度传感器AD590电路

温度传感器AD590是电流型集成温度传感器的代表，即产生一个与绝对温度成正比的电流输出。其输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流Iout=（273+25）=298μA。

利用了电压射随器及电压放大器，电压射随器把电信号采集进来，电压放大器把电信号进行放大，放大倍数为β=R20／R19 =100／10=10 将信号放大，对温度的变化更加的敏感。传感器的设计如图2所示：

图3 传感器内部电路

2、电压数据选通电路

需要输出的测量电压通过模拟开关CD4051的通道选择而选择不同的传感器测量值。

CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。其真值表见表1。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。电压数据选通电路原理图如图4所示。

图4 4051的引脚图

表1 4051真值表

3、计数、译码、显示电路

计数器74161接受555单稳态脉冲发生电路的技术脉冲而时刻改变输出值。输出信号同

时供给模拟开关4051和BCD 译码器7448的作用下，通过此译码方式将显示和模拟开关选通的通道同步达到设计要求。计数器本为16进制，本设计只需8进制循环，所以高四第一高位就舍弃不接，这样并不影响电路正常工作。计数、译码、显示电路原理图如图5所示。

输入状态

接通通道 INH C B A 0 0 0 0 “0” 0 0 0 1 “1” 0 0 1 0 “2” 0 0 1 1 “3” 0 1 0 0 “4” 0 1 0 1 “5” 0 1 1 0 “6” 0 1 1 1

“7” 1

均不接通

图5 计数、译码及通道显示

译码器输出端（Ya-Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极VLED。当要求输出0~15时，消隐输入（BI）应为高电平或开路，对于输出为0时还要求脉冲消隐输入（RBI）为高电平或者开路。

当BI为低电平时，不管其他输入端状态如何，Ya-Yg均为低电平。

当RBI和地址端（A0-A3）均为低电平，并且灯测试输入端（LT）为高电平时，Ya-Yg 为低电平，脉冲消隐输出（RBO）也变为低电平。

当BI为高电平或开路时，LT为低电平可使Ya-Yg均为高电平。

7448引脚图如图6所示：

图6 7448引脚图

计数器74161的清除端是异步的。当清除端CLEAR为低电平时，不管时钟端CLOCK状态如何，即可完成清除功能。74161的预置是同步的。当置入控制器LOAD为低电平时，在CLOCK上升沿作用下，输出端QA-QD与数据输入端A-D相一致。74161的计数是同步的，靠CLOCK同时加在四个触发器上而实现的。当ENP、ENT 跳变与CLOCK无关。74161有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（RCO）输出一个高电平脉冲，其宽度为QA的高电平部分。其管脚图如图7所示，其引脚功能如下所示。

PCO ：进位输出端

CLOCK ：时钟输入端

CLEAR ：异步清除输入端

ENP ：计数控制端

ENT ：计数控制端

ABCD ：并行数据输入端

LOAD ：同步并行置入控制端

QA-QD ：输出端

图7 74161的引脚图

本电路显示部分采用用7段LED显示器构成显示器，段选线控制显示的字符，位选线控制显示位的亮或暗。数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及 dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图8所示。

图8 7段码数码管原理图

4、振荡电路

555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。

若以555定时器的U I2端作为触发信号的输入端，并将由T D和R组成的反相器输出电压U C接至U I1端，同时在U I1对地接入电容C，就构成了单稳态触发器。输出脉冲的

宽度t

w 等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R 和电容C 的大小。

由电压波形图可知，t w 等于电容电压在充电过程中从0上升到 2

CC V 所需要的时间，因

此得到：

ln 3 1.1CC w CC CC

V t RC V V RC RC

-=-==

通常R 的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，t w 的范围为几微秒到几分钟。但必须注意，随着t w 的宽度增加它的精度和稳定度也将下降。由 C V 的波形求得电容C 的充电时间T 1和放电时间T 2各为：

11212()ln

()ln 2

CC T CC T V V T R R C V V R R C -

-=+-=+

2220ln

0ln 2

T T V T R C V R C +

-=-=

故电路的振荡周期为：

1212(2)ln 2T T T R R C =+=+

图8 振荡电路设计

四、性能的测试

1、传感器的性能测试

传感器用来感受外界的温度变化，转换为电压信号。测试效果图如图9所示：

图9 传感器测试系统

如图9的显示结果，传感器正常工作，有电压输出。