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温度传感器设计 温度传感器应用介绍 在科技日新月异的今天 传感器技术已经日益成熟和普及 其中 温度传感器的 应用尤其广泛 在工业方面 温度传感器可应用于各种对温度有要求的产业 如金属 冶炼 用于控制加热熔炉的温度以及冷却金属 航天领域 用于检测顶流罩 航天服 等的耐热及耐寒程度等 在化学方面 关于对温度有严格要求的化学反应 需要高精 度的温度传感器帮助控制反应场所特定温度 在农业方面 温度传感器可以应用在温 室培养的温度控制 对于农作物新品种开发及温室栽培起着重要作用 在军事方面 可应用温度传感器对热源进行探测 起到侦查作用 在医疗方面 温度传感器适用于 体温探热器等探测体温的仪器 当然 温度传感器的应用并不仅仅应用与专业领域 日常生活中温度传感器也是 随处可见的 例如 在很多产品中会设置温度传感器 用于防止电器过热导致电线短 路 在现代的空调和灶具等里面 利用温度传感器控制制冷和加热 在酒店商场等 公共场所设置温度传感器 用于在突发性火灾发生时及时洒水灭火 汽车的轮胎和水 箱同样设置温度传感器 用于检测水箱和轮胎在汽车行驶中的温度 预防轮胎过热而 爆胎和水沸腾 现今 温度传感器的应用可谓是多不胜数 而且技术成熟 相信在不久的将来还 会出现更多更新更精密的温度传感器及其应用产品 为我们的生活和生产提供更多的 便利 温度传感器 电路 集成温度传感器 AD590 简介 AD590 产生的电流与绝对温度成正比 它可接收的工作电压为 4V 30V 检测的 温度范围为 55 150 它有非常好的线性输出性能 温度每增加 1 其电流 增加 1uA AD590 的管脚图及元件符号如下图所示 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 1 A 输 出电流 因此在室温 25 时 其输出电流 Iout 273 25 298 A AD590 基本应用电路 通过将 AD590 串联一个 10K 电阻进行分压 从 Vo 输出端得到温度与电压的线性 关系 Vo 端输出电压为 AD590 温度电流与 10K 电阻的乘积 如下表所示 摄氏温度摄氏温度AD590 电流电流经经 10K 电压电压 0 273 2 uA2 732V 10 283 2 uA2 832 V 20 293 2 uA2 932 V 30 303 2 uA3 032 V 40 313 2 uA3 132 V 50 323 2 uA3 232 V 60 333 2 uA3 332 V 100 373 2 uA3 732 V AD590 实际应用电路 电路分析 1 AD590 的输出电流 I 273 T A T 为摄氏温度 因此测量的电压 V 为 273 T A 10K 2 73 T 100 V 因为测量 V 时 不可分出任何电流 否则测 量值会不准 所以为了将电压测量出来又务须使输出电流 I 不分流出来 我们使用电 压跟随器其输出电压 V2 等于输入电压 V 2 由于一般电源供应教多器件之后 电源是带杂波的 因此我们使用齐纳二极 管作为稳压元件 因为 0 摄氏度约为 273 开尔文 对应 V 的电压应为 2 73V 所以我 们再利用可变电阻分压 使其输出电压 V1 调整至 2 73V 作为参考电压 当 V2 V1 时 输出正值 V2 V1 时输出负值 3 接下来我们使用差动放大器其输出 Vo 为 100K 10K V2 V1 T 10 如果现在为摄氏 28 输出电压为 2 8V 输出电压接 AD 转换器 那么 AD 转换输出 的数字量就和摄氏温度成线形比例关系 Vo 端输出电压与温度关系如下表所示 摄氏温度摄氏温度Vo 电压电压 0 0V 10 1 V 20 2 V 30 3 V 40 4 V 50 5 V 60 6 V 100 10 V 为了方便与模数转换电路的连接以及简化数值判断电路 这里我们采 AD590 基本 应用电路作为温度传感器电路 A D 转换与处理显示电路 P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RST 9 P3 0 RxD 10 P3 1 TxD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P2 7 A15 28 PSEN 29 ALE 30 EA VPP 31 P0 7 AD7 32 P0 6 AD6 33 P0 5 AD5 34 P0 4 AD4 35 P0 3 AD3 36 P0 2 AD2 37 P0 1 AD1 38 P0 0 AD0 39 VCC 40 U P89C51X2BN IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 EOC 7 D3 8 OE 9 CLK 10 VCC 11 REF 12 GND 13 D1 14 D2 15 REF 16 D0 17 D4 18 D5 19 D6 20 D7 21 ALE 22 ADD C 23 ADD B 24 ADD A 25 IN0 26 IN1 27 IN2 28 U ADC0809FN GND 2 3 1 U A SN74LS02N 12 U A SN74LS04D 2 3 1 U A SN74LS02N AD590 Vo S Rest VCC GND a b c d e f g P1 0 P1 2 P1 3 P1 4 P1 6 P1 5 P1 1 P1 0 P1 2 P1 3 P1 4 P1 6 P1 5 P1 1 GNDGND P3 1 P1 0 P1 2 P1 3 P1 4 P1 6 P1 5 P1 1 GNDGND g VCC VCC 12 Y XTAL 30pF C Cap Semi 30pF C Cap Semi GND 10uF C Cap Semi VCC 1K R Res1 A 1 f 2 g 3 e 4 d 5 A 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS Dpy Yellow CA A 1 f 2 g 3 e 4 d 5 A 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS Dpy Yellow CA A 1 f 2 g 3 e 4 d 5 A 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS Dpy Yellow CA A 1 f 2 g 3 e 4 d 5 A 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS Dpy Yellow CA 1K R Res1 1K R Res1 1K R Res1 VCC 1K R Res1 8 位逐次比较型 A D 转换器 ADC0809 工作原理 ADC0809 是 CMOS 工艺 采用逐次逼近法的 8 位 A D 转换芯片 28 引脚双列直 插式封装 片内除 A D 转换部分外还有多路模拟开关部分 逐次比较型 A D 转换器是将输入模拟信号与不同的参考电压做多次比较 使转换 所得到的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值 由于 AD590 的温度变化范围在 55 150 之间 经过 10K 之后采样到的 电压变化在 2 182V 4 232V 之间 不超过 5V 电压所表示的范围 因此参考电压VREF 可以取 5V 在 CP 的作用下 首先将 AD590 的输出电压即 ADC0809 的模拟输入量 VI与 VREF 2 1相比较 如果VI VREF 2 1则比较器输出 1 否则输出为 0 结果存在数 据寄存器的D7位 如果D7位为 1 则再将 VI与VREF 1 2 1 2 2 比较 否则将 VI与VREF 2 1 0 2 2 比较 比较结果是大于或等于则输出为 1 否则输出为 0 输出结果存在D6位 依此类推 一直比较到得出第八位D0的结果 这样就得出了 一个八位数字量 例如 VI 2 932V 那么它将分别与 2 5V 3 75V 3 125V 2 8125V 比较 比较 8 次 后得到的数字量为 D7 D0 10010110 该数字量对应的模拟电压为 5 2 1 2 4 2 6 2 7 2 9296875V 与实际输入电压 2 932V 相差 0 0023125V 相对误差约为 0 079 ADC0809 与 89C51 单片机 接口电路 ADC0809 与 89C51 连接可采用查询方式 也可采用中断方式 由于 ADC0809 片 内有三态输出锁存器 因此可直接与 89C51 接口 这里将 ADC0809 作为一个外部扩展并行 I O 口 采用线选法寻址 ADDA ADDB 和 ADDC 端用来表示 ADC0809 输入模拟量的端口地址 由于这里只用到 IN0 所以 ADDA ADDB 和 ADDC 端接地即可 启动 ADC0809 的工作过程是 先送通道号地址到 ADDA ADDB ADDC 由 ALE 信号锁存通道号地址后 让 START 有效 启动 A D 转换 即执行一条 MOVX DPTR A 指令产生 WR 信号 使 ALE 和 START 有效 锁存通道号并启动 A D 转换 A D 转换完毕 EOC 端发出一正脉冲 申请中断 在中断服务程序中 MOV A DPTR 指令产生 RD 信号 使 OE 端有效 打开输出锁存器三态门 8 位数据便读入 到 CPU 中 ADC0809 的时钟取自 89C51 的 ALE 经二分频 也可以用 74LS74 双 D 触发器之一 后的信号 接 CLK 端 当 A D 转换完毕 89C51 读取转换后的数字量时 须使用 MOVX A DPTR 指令 89C51 单片机可使用高级语言与汇编语言编写程序 本次温度传感器设计采用汇 编语言编写 主程序 MAIN MOV R0 0A0H 数据暂存区首址 SETB IT1 脉冲触发方式 SETB EA 开中断 SETB EX1 MOV DPTR CS0809 指向 0809 首地址 MOVX DPTR A 启动 A D 转换 CALL HERE 调用读存数值程序 CALL COMP 调用数值处理程序 CALL BINTOBCD 调用二进制码转换三位 BCD 码程序 CALL DISP 调用七段 LED 数码管显示程序 CALL DONE 读存数值程序 HERE SJMP HERE 等待中断 MOVX A DPTR 读数 MOVX R0 A 存数 RETI DONE MOVX DPTR A RETI 数值处理程序 在之前的 AD590 基本应用电路已经探讨过温度与 Vo 输出关系如下表 摄氏温度摄氏温度AD590 电流电流经经 10K 电压电压 0 273 2 uA2 732V 10 283 2 uA2 832 V 20 293 2 uA2 932 V 30 303 2 uA3 032 V 40 313 2 uA3 132 V 50 323 2 uA3 232 V 60 333 2 uA3 332 V 100 373 2 uA3 732 V 根据上表的关系 由 ADC0809 输出的 8 位数据可通过以下处理转换为温度的二进 制值 当温度值为正时 T 2 732 2 8 1 3 732 2 732 100 代值化简得 T 2732 256 当温度值为负时同理化简得 T 256 2732 由该公式编写程序如下 COMP MOV A R0 MOV B 125 MUL AB MOV B 64 DIV AB MOV B 2732 CJNE A B GOON1 判断温度值在零度以上还是以下 GOON1 CJNE CY 1 GOON2 在零度以下 调转 AB 值 MOV R0 A MOV A B MOV B R0 GOON2 SUBB A B MOV R3 1 CY 保存符号位 RETI 二进制码转换三位BCD 码程序 由于经计算后的温度值为三位数二进制值 为了便于 LED 数码管显示需要将其转 换为三位 BCD 码 分别存在从 R0 值开始指向的地址 程序如下 BINTOBCD MOV R0 20H MOV B 100 DIV AB 得百位值 MOV R0 A 赋百位值给 R0 MOV A B MOV B 10 DIV AB 得十位值和个位值 MOV R0 1 A 赋十位值给 R0 1 MOV R0 2 B 赋个位值给 R0 2 RETI 七段 LED 数码管显示程序 P1 口输出段选码 P2 口输出位选码 位选码占用输出口的线数决定于显示器位数 P2 口位控线输出高电平时 点亮一位 LED 逐位轮流点亮右边三个 LED 数码管 每一位保持 1ms 在 10 20ms 之内再一次 点亮 重复不止 这样利用人的视觉暂留 好像 3 位 LED 同时点亮一样 最左边的 LED 数码管通过之前存储的正负判断结果显示数值的正负 程序如下 DISP MOV R2 04H 位控字 先点亮最高位 左边 MOV A R2 MOV DPTR TAB 字型表头地址赋给 DPTR LP0 MOV P2 A MOV A R0 取显示数据 MOVC A A DPTR 取出字型码 MOV P1 A 送出显示 MOV P1 7 R3 1 ACALL D1MS 调用延时子程序 INC R0 数据缓冲区地址加 1 MOV A R2 JB ACC 0 LP1 扫描到最右边的数码管了吗 RL A 没有到 右移 1 位 MOV R2 A AJMP LP0 LP1 RETI TAB DB 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH DB 7DH 07H 7FH 6FH 77H 7CH DB 39H 5EH 79H 71H 40H 00H D1MS 延时 1ms 子程序 MOV R7 02H DL MOV R6 0FFH DL1 DJNZ R6 DL1 DJNZ R7 DL RETI END 完整程序 MAIN MOV R0 0A0H SETB IT1 SETB EA SETB EX1 MOV DPTR CS0809 MOVX DPTR A CALL HERE CALL COMP CALL BINTOBCD CALL DISP CALL DONE HERE SJMP HERE MOVX A DPTR MOVX R0 A RETI DONE MOVX DPTR A RETI COMP MOV A R0 MOV B 125 MUL AB MOV B 64 DIV AB MOV B 2732 CJNE A B GOON1 GOON1 CJNE CY 1 GOON2 MOV R0 A MOV A B MOV B R0 GOON2 SUBB A B MOV R3 1 CY RETI BINTOBCD MOV R0 20H MOV B 100 DIV AB MOV R0 A MOV A B MOV B 10 DIV AB MOV R0 1 A MOV R0 2 B RETI DISP MOV R2 04H MOV A R2 MOV DPTR TAB LP0 MOV P2 A MOV A R0 MOVC A A DPTR MOV P1 A MOV