热敏电阻传感器温度检测电路设计

1、热敏电阻传感器温度检测电路设计随着科技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也越来越多。这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统这时为人们解决了大部分问题。:本文介绍了一种基于热释电效应的被动式红外报警器的设计，并对其工作原理进行了简要说明关键词：A/D转换器，AT89C51,PT100,ADC0809,4位共阴数码管目录1绪论.1.1.1 课题描述1.1.2 基本工作原理及框图1.2相关芯片及硬件.1.1.1.0 单片机选型2.1 AT89C51的

2、功能特性2.1.2.0 温度传感器选择3.1.3.0 模数转换器选型3.1.4.0 总体方案4.3硬件电路设计4.1 时钟电路4.1 复位电路4.1 A/D转换设计5.1.5 位逐次逼近式A/D转换器ADC080951.5 ADC0809应用注意事项5.1.5 模数转换模块电路5.1 放大电路设计.6.1 显示电路设计7.1 报警电路8.4系统软件设计9.主程序设计9.程序说明9.流程图9.AD转换设计9.标度变换说明9.显示子程序的设计1.0总结11致谢18参考文献1.91绪论课题描述随着科技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些

3、不法分子也越来越多。这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统这时为人们解决了大部分问题。但是市场上的报警系统大部分是适用于一些大公司的重要机构。其价格昂贵，使普通家庭难以承受。如果设计一种价格低廉，性能可靠、智能化的报警系统，必将在私人财产的防盗领域起到巨大作用。由于红外线是不可见光，隐蔽性能良好，因此在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。而本设计的电路包括硬件和软件两个部分。硬件部分包括红外感应部分与单片机控制部分，整个系统电路可划分为：电源部分、传感器模块部分、单片机控制电路，而单片机控制由最小系统和指示灯电路、报警

4、电路等子模块组成。主要工作由热释电红外感应器完成信息采集、处理、数据传送经过单片机功能设定到达报警模块这一过程。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是主要是工作的程序通过编写程序来控制输入的信号。基本工作原理及框图本课程设计的温度计测温系统由温度传感器电路、信号放大电路、A/D转换电路、单片机系统、温度显示系统构成。其基本工作原理：温度传感器电路将测量到的温度信号转换成电压信号输出到信号放大电路，与温度值对应的电压信号经放大后输出至转A/D换电路，把电压信号转换成数字量送给单片机

5、系统，单片机系统根据显示需要对数字量进行处理，再送温度显示系统进行显示。基本工作原理框图如图1所示。图1基本工作原理框图2相关芯片及硬件单片机选型本方案使用的是AT89C511片机，AT89系列的单片机对于一般用户来说，有下列明显的优点：AT89C51单片机在一块芯片上集成了CPURAMROM定时器/计数器和多种功能的I/O设备等，相当于一台计算机所需要的基本功能部件。内部含有Flash存储器，在系统开发过程中很容易修改程序，可以大大缩短了系统的开发时间。AT89系列并不对80C31的简单继承，功能进一步增强。在我国这种单片机受到广泛青睐，很多以前使用80C5180C52的用户都转而使用AT8

6、9系列。对于有丰富编程经验的用户而言，不需要仿真器，可以直接将程序载入芯片，放在目标板上加电直接运行，观察运行结果，出现问题时再进行修改，然后重新写程序，再进行试验，直至成功。AT89C51弓I脚图如图2所示。PDIPPt.OLP1.1EP1_2EP1.3E匚P1.5EP1通匚P1tQfiSJU【ftXWR5.QEfTMO>P.lC而画P3.2匚丽FpsP3r。功Pd>4E业pi.5rWRJP3,6E<RDJPS.r匚MT*1_2EIfTAJLI匚ikmti匚40»跄筮比15骊值隙第:10班2*疗纽勃国力探；：T23*38，R9*Q1t12ll33脂什la通如vec

7、因与ADSPD.1<AU1>PQ-?“那ni由与心：iipojpo与仙夕口l七曲iAnr.P0.72却EtPPaiFWHoriPSE1N因产依卜之后(AH)口P2.6(A.1*pa漕w/舞P2,3(A11)P2_2内PQ,14(AP5.n(aai图2AT89C51引脚图AT89C51的功能特性AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM,32个I/O口线，两个十六位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU

8、的工作，但允许RAM,定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位温度传感器选择传感器是测控系统前向通道的关键部件，它也称换能器和变换器，一般是指非电物理量与电量的转换，即传感器是将被测的非电量（如压力、温度等）转换成与之对应的电量或电参量（如电流、电压、电阻等）输出的一种装置。采集温度是有一下几种方案：方案一：采用温度传感器AD590o它具有较高的精度，相比于热敏电阻精度有所提高，但非线性误差为土0.3C,且检测温度范围为：-55+155C。方案二：采用Pt100。它的国际测温标准为：-40+450C,可选环

9、境温度为：-4070C,精度为：土0.1C,且安装尺寸小，可直接安装在印刷电路板上，可焊SIP封装。采用热电阻电路测温。热电阻是利用导体的电阻率随温度变化这一物理现象来测量温度的。珀易于提纯，物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度，因此用PT100作为实现温标的基准器。pt100是铝热电阻，简称为：PT100铝电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0c时阻值为100欧姆，在100c时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。方案三：采用热电偶温差电路测温，温度检测部分

10、可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成，热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有A/D通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。基于对以上三种方案的分析以及实验室的设备，选择方案二的PT10

11、0作为温度传感模数转换器选型模拟量输入到计算机，首先要经过模拟量到数字量的转换，简称A/D转换，计算机才能接收。实现模/数转换的设备称A/D转换器或ADCA/D转换器的种类有很多,而A/D转换的好与坏直接关系到真个系统的精确度。由于本系统测量的是温度信号，响应时间长，滞后大，不要求快速转换，因此选用8位申行A/D转换ADC080第9达到设计的基本要求。为进一步提高精度，可以直接采用12位A/D转换器，也可以采用过采样和求均值技术来提高测量分辨率。总体方案本方案以AT89C5俾片机系统为核心，对单点的温度进行实时测量检测，并采用热电阻PT100作为温度传感器，AD620作为信号放大器、ADC08

12、0和为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升，具有更高的性价比。3硬件电路设计时钟电路给一块内部含有程序存储器的单片机配上时钟电路和复位电路就可以构成单片机的最小应用系统。89C51系列单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，但要形成时钟,外部还需附加电路，89C51的时钟产生方法有两种，内部时钟方式和外部时钟方式，本设计采用内部时钟方式，内部时钟电路图如图3所示。C111nF-t-0XTAL1X4CRYSTALXTAL2图3内部时钟电路图复位电路复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使C

13、Plffi系统中其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。例如复位后，PC初始化为0,于是单片机自动从0单元开始执行程序。因而复位是一个很重要的操作方式。O本设计采用按键脉冲复位，其原理图如图4所示。1LC13C14T1nFR3210k"I-1nF4tORST1R3310kT图4按键脉冲复位原理图A/D转换设计位逐次逼近式A/D转换器ADC0809ADC080配带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理器兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。它是目前应用最广泛的8位通用的A/D转换的芯片。ADC0809应用注意事项：ADC08

14、0的部带有输出锁存器，可与AT89S52单片机直接相连。初始化时，使ST和OE信号为低电平。送要转换的那一通道的地址到A,B,C端口上。在ST端给出一个至少100ms宽的正脉冲信号。是否转换完毕，我们根据EOCW号来判断。当EO喙为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。模数转换模块电路ADC0809R线图，即A/D转换电路如图5所示。IN0Q0Q1Q26U151216GNDIN0CLOCKIN1STARTIN2IN3EOCIN4IN5OUT1IN6OUT2IN7OUT3OUT4ADDAOUT5ADDBOUT6ADDCOUT7ALEOUT8VREF(+)VREF(-)OE26

15、107123-2142019182582415231422179ADC08092728-U6:B381314U1499999999F22222222PPPPPPPPD0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OELE59121517161819174LS37306O63P073P图5A/D转换电路放大电路设计测温原理：采用R1、R2VR2Pt100构成测量电桥(其中R29=R28),温度变化时，当Pt100的电阻值和R27的电阻值不相等，电桥输出一个mV级的压差信号，这个压差信号经过运放AD620放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连A/D转换芯片。从而把热电阻的阻值

16、转换成数字量。AD620为三运放集成的仪表放大器结构，AD620的两个内部增益电阻为24.7kQ,因而增益方程式为：G=49.4kQ/RG+1(1)对于所需的增益，则外部控制电阻值为：RG=49.4/(G-1)kQ(2)电路原理如图6所示：+12V图6AD620原理图桥式电路测温整体电路如图7所示:1nFRV1R29100R2810kRT3E+s+R2710kS-E-RTD-PT100-72VEEVCCAU131k3AD620«OIN0图7放大电路显示电路设计在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配

17、置灵活，与单片机接口简单易行。图3-7(a)是4位共阳数码管的管脚图。LED数码管的使用与发光二极管相同，根据其材料不同正向压降一般为1.52V,额定电流为10mA最大电流为40mA静态显示时取10mA为宜，动态扫描显示可加大，加大脉冲电流，但一般不超过40mA本设计选用4位共阴数码管。由于数码管的驱动电流较大，所以在设计时加上了三极管3904作为驱动电路，数码管和单片机的接口如图8所示。RP1RESPACK-89!4VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7R5100VCCR2100VCCR8100R4Q52N39041kR7R1n/Q32N39041kR3100

18、GNDR6100R9VCC100GNDR11100R10Q72N3904R12100GND图8显示电路3.6报警电路由一个蜂鸣器和三极管组成,当高温超过设定值，蜂鸣器将会发出报警。/Q62N3904GND9所示。放大电路与单片机P3.4口相连，当采集到的温度值超过所设置的范围时，单片机会输出一信号，通过三极管放大后驱动蜂鸣器发出报警信号。如图R3110k-LS1USPEAKERR30P3.41k图9蜂鸣器报警电路4系统软件设计主程序设计程序说明主程序是系统上电或复位后首先要执行的程序，主程序主要完成系统的初始化、扫描显示等工作。这是一个综合硬件设计控制系统。利用显示电路、A/D转换电路、单片机

19、实现温度报警的系统。本设计可以实现将模拟温度信号，转换成数字信号，并经过计算处理后通过LED静态显示电路以十进制形式显示出来，设置温度上限为100C,该系统可以对温度进行实时过程的监控。当实际温度高于设定的温度上限时，发出报警信号。流程图主程序流程图如图10所示。图10主程序流程图AD转换设计标度变换说明本设计是模拟温度的显示，温度经过热敏电阻转换为电压信号，经放大器AD620放大后进入单片机进行A/D转换成数字量后输出到动态显示部分，显示其温度值。A/D转换流程图如图11所示。图11A/D转换流程图显示子程序的设计本设计采用4位LED共阴极数码静态显示，显示温度范围从0C到99C,字段码放在

20、LEDLAB中，采用查表方式，偏移量加首址查得对应的字形代码。当定时器T0定时时间到，采样电路进行采样，采样结果经信号调理电路处理后，送入A/D转换，经标度变换后显示。显小子程序流程图如图12所小定时器T0中断I图12显示子程序流程图源程序LED_0EQU30HLED_1EQU31HLED_2EQU32HADCEQU35HTCNTAEQU36HTCNTBEQU37HH_TEMPEQU64H温度上限FLAGBIT00HH_ALMBITP3.0LALMBITP3.1SOUNDBITP3.7CLOCKBITP2.4STBITP2.5EOCBITP2.6OEBITP2.7ORG00HSJMPSTART

21、ORG0BHLJMPINT_T0ORG1BHLJMPINT_T1START:MOVMOVMOVMOVMOVLED_0,#00HLED_1,#00HLED_2,#00HDPTR,#TABLEH_TEMP,#60MOVL_TEMP,#30MOVTMOD,#12HMOVTH0,MOVTL0,MOVTH1,#245#0#(65536-1000)/256MOVTL1,#(65536-1000)%256MOVIE,#8aHCLRCSETBTR0;为ADC0809提供时钟WAIT:SETBH_ALMSETBL_ALMCLRSTSETBSTCLRSTJNBEOC,$SETBOEMOVADC,P1CLROEMO

22、VA,ADCMOVA,H_TEMPMOVR0,ADCSUBBA,R0JCHALMCLRTR1LJMPPTOCHALM:CLRH_ALMSETBTR1SETBFLAGLJMPPTOC启动转换读取AD转换结果;判断是否高于上限;高温报警PTOC:MOVA,ADCMOVB,#100DIVABMOVLED_2,AMOVA,BMOVB,#10DIVABMOVLED_1,AMOVLED_0,B;数值转换LCALLDISPSJMPWAITINT_T0:CPLCLOCKRETI;提供89C51时钟INT_T1:MOVTH1,#(65536-1000)/256MOVTL1,#(65536-1000)%256CP

23、LSOUNDINCTCNTAMOVA,TCNTAJBFLAG,I1CJNEA,#30,RETUNESJMPI2I1:CJNEA,#20,RETUNEI2:MOVTCNTA,#0INCTCNTB;判断是高温警报还是低温警报;低温警报声;高温警报声MOVA,TCNTBCJNEA,#25,RETUNEMOVTCNTA,#0MOVTCNTB,#0LCALLDELAY2RETUNE:RETIDISP:MOVA,LED_0数码显示子程序MOVCA,A+DPTRCLRP2.3MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.3MOVA,LED_1MOVCA,A+DPTRCLRP2.2MOVP0,ALCALLD

24、ELAYSETBP2.2MOVA,LED_2MOVCA,A+DPTRCLRP2.1MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.1RETDELAY:MOVR6,#10D1:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D1RETDELAY2:MOVR5,#20D2:MOVR6,#20D3:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D3DJNZR5,D2RETTABLE:DB3FH,06H,5BH,4FH,66HDB6DH,7DH,07H,7FH,FHEND总结AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10,0000此外，AD62林用8弓

25、唧SOIC和DIP封装，尺寸小于分立式设计，并且功耗较低（最大电源电流仅1.3mA）,因此非常适合电池供电的便携式（或远程）应用。AD620具有高精度（最大非线性度40ppm）、低失调电压（最大50&micro;V）和低失调漂移（最大0.6&micro;V/。C）特性，是电子秤和传感器接口等精密数据采集系统的理想之选。它还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性，使之非常适合ECCW无创血压监测仪等医疗应用。由于其输入级采用SuperBeta处理，因此可以实现最大1.0nA的低输入偏置电流。AD62041kHz时具有9nV/，Hz的低输入电压噪声，在0.1Hz至10Hz频带内的噪声为0.28pV峰峰值，输入电流噪声为0.1pA/，Hz,因而作为前置放大器使用效果很好。同时，AD620勺0.01%建立时间为15产，非常适合多路复用应用；而且成本很低，足以实现每通道一个仪表放大器的设计。经过这段时间的单片机课程设计，终于完成了我的课程设计历程，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次课程设计让自己收获颇丰，高兴之余不得不深思。在课程本次设计的过程中，我发现很多的问题，通过这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算