摘要：本文介紹了基于AD590是AD公司利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。由于該器件具有良好的線性特性和互換性，因此測(cè)量精度高，并具有消除電源波動(dòng)的特性。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0804完成A/D轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)讀取，并以此數(shù)據(jù)為參考實(shí)現(xiàn)對(duì)室溫的控制。測(cè)試結(jié)果表明，工作穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；AT89S51；AD590；ADC0804；溫度測(cè)量

1. 引言

采用AT89S51單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題在日常生活中會(huì)經(jīng)常遇到[1]。

1.1 溫度控制系統(tǒng)方案

結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求和技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)大致程序和工作速度的估計(jì)，考慮價(jià)格等因素。選定AT89S51單片機(jī)作為系統(tǒng)的主要控制芯片，8位模數(shù)轉(zhuǎn)換AD0804，采用AD509進(jìn)行溫度采集，溫度設(shè)定范圍為-10 ℃—45 ℃，通過(guò)溫度采集系統(tǒng)，對(duì)溫度進(jìn)行采集并作A/D轉(zhuǎn)換，再傳輸給單片機(jī)。以空調(diào)機(jī)為執(zhí)行器件，通過(guò)單片機(jī)程序完成對(duì)室內(nèi)溫度的控制。

1.2 主要任務(wù)和所做的工作

本論文主要是完成一種低成本、低價(jià)格、功能齊全，集溫度測(cè)量、溫度顯示、溫度控制于一體的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)，包括硬件電路和主要的軟件設(shè)計(jì)。

研究的關(guān)鍵問(wèn)題是：室溫的精確測(cè)量；溫度采集器AD590溫度控制電路設(shè)計(jì)；單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路以及軟件的設(shè)計(jì)。

2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)的主要要求

（1）溫度設(shè)定范圍為-10 ℃—45 ℃，最小區(qū)分溫度為1 ℃，標(biāo)定為溫差小于或等于1 ℃。

（2）用二位十進(jìn)制數(shù)碼顯示當(dāng)前溫度。

（3）根據(jù)設(shè)定的溫度實(shí)現(xiàn)加熱或降溫處理。

（4）設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)電路單元。

2.2 溫度傳感的選擇

要求對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)考慮用熱電阻傳感器。按照熱電阻的性質(zhì)可分為半導(dǎo)體熱電阻和金屬熱電阻兩大類，前者通常稱為熱敏電阻，后者稱為熱電阻[2]。

2.3 A/D轉(zhuǎn)換部分

模/數(shù)轉(zhuǎn)化器是一種將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)化成離散的數(shù)字量的一種電路或器件，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)一般需要經(jīng)過(guò)采樣保持和量化編碼兩個(gè)過(guò)程。針對(duì)不同的采樣對(duì)象，有不同的A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）可供選擇，其中有通用的也有專用的。

2.4 數(shù)字顯示部分

通常用的LED顯示器有7段或8段“米”字段之分。這種顯示器有共陽(yáng)極和共陰極兩種。

（1）采用靜態(tài)顯示方式。

（2）采用動(dòng)態(tài)顯示方式。

（3）采用移位寄存器擴(kuò)展I/O口。

2.5 鍵盤輸入部分

常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。

（1）方案1采用4*4矩陣鍵盤輸入。

（2）方案2采用獨(dú)立式按鍵接口。

3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主控電路設(shè)計(jì)

（1）時(shí)鐘電路

單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩和外部振蕩。

（2）復(fù)位電路

為了初始化單片機(jī)內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復(fù)位的方式，復(fù)位后可使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開(kāi)始正常工作。

3.2 按鍵輸入電路設(shè)計(jì)

每個(gè)按鍵接一根輸入線，每個(gè)輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。軟件設(shè)計(jì)采用外部中斷相結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)，低電平有效。按鍵直接與A89S51的I/O口線相連接。

4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件由初始化程序、主程序、溫度AD采集子程序、LED顯示子程序和鍵盤輸入子程序構(gòu)成。

4.1 程序代碼

一般微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)前向通道中，輸入信號(hào)均含有個(gè)中噪音和干擾，它們來(lái)自被測(cè)信號(hào)源、傳感器、外界干擾。為了進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和控制，必須消除被測(cè)信號(hào)中的噪音和干擾。噪音有兩大類：一類為周期性的，另一類為不規(guī)則隨機(jī)的。前者的典型代表為50 Hz的工作干擾，對(duì)于這類信號(hào)要采用硬件濾波電路，其能有效地消除影響。后者為隨機(jī)信號(hào)，可采用數(shù)字濾波方法來(lái)消除[3]。

4.2 溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換算法

A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)碼雖然代表參數(shù)值的大小，但是并不代表有量綱的參數(shù)值，必須轉(zhuǎn)換成有量綱的數(shù)值才能進(jìn)行顯示，標(biāo)度轉(zhuǎn)換有線性轉(zhuǎn)換和非線性轉(zhuǎn)換兩種，本設(shè)計(jì)使用的傳感器線性好，在測(cè)量的量程內(nèi)基本能與溫度成線性關(guān)系。

4.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)

A/D轉(zhuǎn)換程序是溫度讀取的核心，AD590將溫度值0—100 ℃對(duì)應(yīng)2.732 V—3.732 V的電壓值送給ADC0804讀取，ADC0804模擬量輸入0—5 V對(duì)應(yīng)數(shù)字量0-0FFH。所以當(dāng)數(shù)字為8AH（138十進(jìn)制）時(shí)系統(tǒng)溫度為0 ℃。

4.4 LED顯示子程序設(shè)計(jì)

因系統(tǒng)需要顯示當(dāng)前溫度，并要在設(shè)置溫度時(shí)顯示設(shè)定值，系統(tǒng)將數(shù)碼管的第一位設(shè)定為當(dāng)前溫度與設(shè)置溫度的標(biāo)志，第二位和第三位為溫度值，第四為溫度單位℃。當(dāng)系統(tǒng)按下設(shè)置鍵S1/S2時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到設(shè)置界面并在2S后自動(dòng)恢復(fù)到當(dāng)前溫度顯示界面。

4.5 制冷制熱控制子程序

制冷制熱控制子程序是完成制冷或制熱的控制，在當(dāng)前值小于設(shè)定值時(shí)系統(tǒng)開(kāi)啟制熱系統(tǒng)程序流程，在當(dāng)前值大于設(shè)定值時(shí)開(kāi)啟制冷系統(tǒng)程序流程。

4.6 輸入中斷程序

（1）中斷入口

按鍵S1、S2分別接單片機(jī)的P3.2、P3.3對(duì)應(yīng)外部輸入中斷INT0、INT1。

（2）中斷子程序

中斷子程序主要完成溫度設(shè)置值的加或減，當(dāng)S1產(chǎn)生下降沿時(shí)系統(tǒng)調(diào)用中斷程序KB1設(shè)置值WSET加1。當(dāng)S2產(chǎn)生下降沿時(shí)系統(tǒng)調(diào)用中斷程序KB2設(shè)置值WSET減1。

5. 結(jié)束語(yǔ)

采用AT89S51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。

參考文獻(xiàn)

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[3] 何希才，虹敏.傳感器應(yīng)用接口電路[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.