作者/張亮 ，西安思源科創(chuàng)軌道交通技術(shù)開發(fā)有限公司

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一種基于AD590寬范圍測溫電路

作者/張亮 ，西安思源科創(chuàng)軌道交通技術(shù)開發(fā)有限公司

文章摘要：主要論述了一種基于AD590的寬范圍測溫電路，電路采用atmega16單片機(jī)作為主控芯片，利用該單片機(jī)自帶的10位A/D轉(zhuǎn)化功能，根據(jù)AD590采集的溫度信號，控制溫度信號調(diào)理電路切換檔位，實(shí)現(xiàn)AD590在—55℃～+150℃全范圍的溫度測量。

關(guān)鍵詞:AD590;溫度測量；運(yùn)算放大器；A/D。 語音識(shí)別；單片機(jī)；人工智能

引言

溫度測量和控制在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活中大量應(yīng)用，各種溫度傳感器應(yīng)運(yùn)而生。其中作為單片集成溫度傳感器的AD590因精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償，應(yīng)用非常廣泛。本文主要介紹一種實(shí)現(xiàn)AD590的全溫度范圍的測量電路。

1.AD590的簡介

AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃，非線性誤差僅為±0.3℃。它是一種電流型傳感器，流過器件的電流(μA) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文) 度數(shù)就，即

公式（1）中，Ir—流過器件(AD590) 的電流，單位為μA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K；由于該傳感器輸出電流信號，非常適合遠(yuǎn)距離傳輸，并且不易干擾，特別適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制領(lǐng)域。

2.AD590應(yīng)用

AD590輸出的電流值與所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度比值為1，在它的測溫范圍-55℃～+150℃，相應(yīng)輸出電流值為218uA～423uA，到變換電路需要把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，一般簡單方法是采用壓降法，即在AD590的輸出端加上一個(gè)采樣電阻到地，如圖1所示，給AD590輸出端加上10K的采樣電阻，則在電阻上輸出的電壓Vt為2.18V～4.23V，壓差為2.05V，電壓隨溫度的變化為0.01V/℃。那么該電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后到MCU處理。假設(shè)選用參考電壓為5V的A/D轉(zhuǎn)換芯片，公式（2）為AD590經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后分辨率的計(jì)算公式。

其中Re為轉(zhuǎn)換分辨率，Vref為AD芯片參考電壓，這里取5V，converbit為AD芯片的轉(zhuǎn)換位數(shù)，ΔT為AD590測溫范圍的溫差，為205℃，ΔV為AD590測溫范圍內(nèi)電流采樣轉(zhuǎn)電壓后電壓差，為2.05V。

根據(jù)公式（2），若用8位A/D芯片，轉(zhuǎn)換分辨率Re 為1.95℃/LSB，選用10位A/D芯片，轉(zhuǎn)換分辨率Re為0.49℃/LSB，選用12位A/D芯片，轉(zhuǎn)換分辨率Re為0.12℃/LSB，選用16位A/D芯片，轉(zhuǎn)換分辨率Re為0.007℃/LSB。從數(shù)據(jù)看需要16位A/D芯片能獲得比較好的分辨率，但是考慮到16位A/D芯片較高的成本問題，因此筆者根據(jù)所從事產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域出發(fā)考慮，并結(jié)合自動(dòng)化測量儀表技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于AD590和atmega系列單片機(jī)的寬范圍測溫電路，采用atmega單片機(jī)自帶10位A/D轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)的 0.054℃/LSB的分辨率測溫，實(shí)現(xiàn)AD590在-55℃一+150℃全范圍的溫度測量。

圖1　AD590電流轉(zhuǎn)電壓電路

3.基于AD590和atmega系列單片機(jī)的寬范圍測溫電路

該電路設(shè)計(jì)思想是根據(jù)AD590測溫范圍，可以分為如表1所示的4檔溫度范圍。當(dāng)AD590感測不同檔位的溫度信號并轉(zhuǎn)化為電信號時(shí)，MCU控制可控開關(guān)使電信號通過不同溫度信號檔位調(diào)理電路，MCU根據(jù)采集調(diào)理后的溫度電壓信號找到正確的溫度檔位，使溫度信號在正確的調(diào)理電路中實(shí)現(xiàn)調(diào)理，從而使MCU正確采集溫度信號。

表1　AD590 4檔溫度劃分表

如圖2為電壓轉(zhuǎn)換電路，Vt為AD590經(jīng)過圖轉(zhuǎn)換而來的電壓信號，穩(wěn)壓二極管1N4735穩(wěn)壓輸出6.2V，調(diào)節(jié)電位器RV1，使中心調(diào)整端輸出V1=2.73V，如公式（3），經(jīng)過U2組成的差動(dòng)放大器后輸出Vt2為：

則Vt2的值范圍-1.1V～3V，即對應(yīng)溫度-55℃～+150℃。根據(jù)表1的四個(gè)檔位對Vt2進(jìn)行調(diào)理，如圖3為第1檔電壓調(diào)理變換電路。Vt2的范圍為-1.1V～0V時(shí)，SW9閉合，Vt2電壓經(jīng)過U6組成的反向比例放大器得到Vt3的公式（4），則Vt3范圍為0～4.95V。

如圖4為第2～4檔電壓調(diào)理變換電路。Vt2的范圍為0V～1.1V時(shí)，SW8、SW10閉合，為第2檔電壓調(diào)理變換電路。Vt2、0V輸入U(xiǎn)3組成差分放大電路，Vt3輸出為公式（5）所得，則Vt3范圍為0～4.95V

Vt2的范圍為1.1V～2.2V時(shí)，SW2、SW10閉合，為第3檔電壓調(diào)理變換電路。Vt2，V3輸入U(xiǎn)3組成差分放大電路，Vt3輸出為公式（6）所得，V3=1.1V，則Vt3范圍為0～4.95V

圖2　電壓轉(zhuǎn)換電路

圖3　檔位1——1.1～0V電壓轉(zhuǎn)換電路

Vt2的范圍為2.2V～3.0V時(shí)，SW1、SW10閉合，為第4檔電壓調(diào)理變換電路。Vt2,V2輸入U(xiǎn)3組成差分放大電路，Vt3輸出公式（7）所得，V2=2.2V，則Vt3范圍為0～3.6V

如圖5，Vt3經(jīng)過U8組成的電壓跟隨器，并經(jīng)過二極管D4、D5鉗位到0～5V范圍內(nèi)，輸入到Atmega16的 ADC0引腳，單片機(jī)經(jīng)過對數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、分析、存儲(chǔ)等處理，溫度數(shù)據(jù)可以通過串口將TTL信號轉(zhuǎn)換為232、485或無線信號發(fā)送到上位機(jī)。電位器RV4用于溫度精度的硬件校正。轉(zhuǎn)換電路中SW1、SW2、SW8、SW9、SW10為可控型開關(guān)，可選用繼電器或模擬開關(guān)，由Atmega16控制，這樣經(jīng)過單片機(jī)配合電壓轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)寬電壓采集。

圖4　檔位2～4—0V～3.0V轉(zhuǎn)換電路

圖5　調(diào)理后溫度信號輸入單片機(jī)電路

4.軟件流程

如圖6所示為溫度采集軟件流程圖，采用的方式是從第4檔位開始采集溫度信號并轉(zhuǎn)化為電壓作A/D轉(zhuǎn)換，即從最高溫度采集轉(zhuǎn)換電路開始采集溫度信號，判斷電壓是否滿足第4檔電壓范圍，滿足第4檔電壓范圍就進(jìn)行軟件處理，如溫度補(bǔ)償、存儲(chǔ)。不滿足第4檔最低閾值電壓就轉(zhuǎn)第3檔溫度采集轉(zhuǎn)換電路采集判斷，不滿足條件依次降低檔位判斷，直到尋找到正確的檔位。溫度變化時(shí)，根據(jù)采集轉(zhuǎn)換的電壓判斷是否在現(xiàn)所處檔位的電壓范圍內(nèi)，不在范圍內(nèi)就升檔或降檔再采集溫度信號判斷。溫度超出AD590最低和最高量程時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生報(bào)警信息報(bào)警。

圖6　軟件流程圖

5.結(jié)束語

通過采用以上多檔位采集轉(zhuǎn)換溫度電路結(jié)合atmega16單片機(jī)采集控制的方式，可以實(shí)現(xiàn)AD590的全范圍溫度采集，適用于工業(yè)現(xiàn)場的溫度采集。

參考文獻(xiàn)

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