薛秋實

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機的熱敏電阻數(shù)字溫度計設(shè)計

薛秋實

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

在人們的生活中，溫度是一個經(jīng)常測量的變量，與人們的生活息息相關(guān)。傳統(tǒng)意義上的溫度計的缺點是溫度讀取不靈敏，精確度差，并且讀取的溫度存在很大的誤差等。在很多的重要領(lǐng)域中，對溫度精確度有很大方面的要求。所以本文采用模塊化的思想設(shè)計了基于單片機的熱敏電阻數(shù)字溫度計，具有溫度讀取精確度高，高性能，穩(wěn)定性高等優(yōu)點，集合軟件硬件設(shè)計，電路設(shè)計簡潔。

熱敏電阻 數(shù)字溫度計 單片機

隨著工業(yè)化以及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，很多的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中都紛紛用到了溫度傳感器技術(shù)。人們的日常生活離不開溫度，溫度測量具有重大的現(xiàn)實意義以及研究意義。

1 熱敏電阻原理概述

作為溫度傳感器中的一種，熱敏電阻的組成部分包括了仿陶瓷半導(dǎo)體。相比于普通的電阻，熱敏電阻的特性包括了負(fù)的電阻溫度，也就是意味著當(dāng)溫度升高的時候，熱敏電阻的值就會相應(yīng)地降低。熱敏電阻的溫度特性關(guān)系如圖1所示。

圖1 熱敏電阻溫度特性

從圖中能夠發(fā)現(xiàn)，熱敏電阻溫度特性所表示的是電阻值與溫度之間的關(guān)系圖，這兩者之間具有比較大的非線性，所以當(dāng)運用的時候需要實現(xiàn)線性化轉(zhuǎn)換。通過線性化處理可以將熱敏電阻的非線性進行改進，然而實現(xiàn)起來卻比較繁瑣。所以，在具體的應(yīng)用中，通常會選擇適宜的線性關(guān)系，從而進行計算的簡化處理。熱敏電阻能夠用來感知溫度，并且提供恒定的電流給熱敏電阻，測出熱敏電阻兩端的電壓值。最后按照熱敏電阻與溫度的公式T=T0-KVT進行計算。公式中的T代表的是被測溫度，T0代表的是溫度參數(shù)，K代表的是熱敏電阻特性的系數(shù)。而VT就是需要測量的電壓值。

按照這個公式，假如能夠?qū)崦綦娮鑳啥说碾妷褐登蠼獬鰜恚缓蟮玫絋0以及K的值，那么就能夠把被測溫度，也就是熱敏電阻的環(huán)境溫度求解出來。從而最終把將溫度與電阻之間的關(guān)系向溫度和電壓之間的關(guān)系進行轉(zhuǎn)換。對于數(shù)字電阻溫度計而言，設(shè)計的最重要的任務(wù)是將熱敏電阻所在的電壓值通過數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號，最終把生成的信號發(fā)送到單片機里面，最后采用軟件的方法把溫度值求解出。進一步顯示并且打印處理。

2 設(shè)計方案

熱敏電阻是一個很敏感的器件，在溫度測量以及遙控技術(shù)和無線電方面都有廣泛的應(yīng)用，熱敏電阻可以把對環(huán)境溫度的改變向電阻值的改變進行轉(zhuǎn)換，這是一個溫度變化向連續(xù)電信號變化的過程，接著通過外電路將形成的電信號進行轉(zhuǎn)化。從而最終形成單片機所能夠處理的脈沖信號。由熱敏電阻形成的振蕩電路可以進行電阻轉(zhuǎn)換頻率的操作。從而形成溫度與電阻值和頻率三者之間的相應(yīng)聯(lián)系。溫度精確度的測量與處理器處理頻率信號有一定的聯(lián)系。如果需要保證測量的溫度精確，那么就需要選擇精確的方案。

3 系統(tǒng)設(shè)計

熱敏電阻溫度計的核心是單片機，該溫度計主要是對溫度進行檢測與測量。本文系統(tǒng)是由幾個模塊組成的，每一個模塊都是由單片機進行控制的，系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)中鍵盤輸入模塊是根據(jù)用戶所按下的按鍵，從而通知微處理器調(diào)用相應(yīng)的操作。在系統(tǒng)的硬件設(shè)計電路中，需要將系統(tǒng)模塊進行分割，然后依次對這幾個子模塊進行設(shè)計，從而最終通過單片機控制該子模塊。系統(tǒng)的總電路圖如圖3所示。

圖3 總體電路圖

溫度信號的采集電路中將電阻R2、R3以及PT100形成惠斯登橋式電路，通過電橋?qū)⒉罘中盘柅@取，然后再將放大的信號發(fā)送到型號為ADS7816的模數(shù)處理器中。在該電橋電路橋臂中設(shè)置了可調(diào)電阻，該電阻能夠?qū)⑦\算放大器中的電壓信號進行零點調(diào)節(jié)處理。將可調(diào)電阻安置在放大器兩端，從而可以實現(xiàn)電壓放大。溫度的變化值是0至100度間。如果溫度發(fā)生改變，那么也會影響著PTIO0的電阻值的改變，最終放大輸入放大電路的差分信號，放大電路中的電壓輸出值也會發(fā)生變化。

3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計模塊中具體所涵蓋的模塊有主程序，鍵盤掃描程序、溫度讀取程序等。主程序流程圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

3.1.1 鍵盤輸入模塊

鍵盤輸入模塊需要實現(xiàn)的是通過單片機設(shè)置參數(shù)，作為按鍵組合中的一種，信息的輸入都是通過鍵盤進行輸入的，一般情況下的按鍵都會有相應(yīng)的I/O端口對應(yīng)，當(dāng)鍵盤沒有任何的操作時候，該I/O端口就是處于特定的狀態(tài)。如果閉合鍵被按下的時候，電平就會發(fā)生相應(yīng)的改變。同時其它的位電平不變發(fā)生改變。當(dāng)單片機讀取到特殊電平的時候，就能夠得出按下的是哪種按鍵。

3.1.2 溫度讀取程序

當(dāng)溫度讀取后，溫度的小數(shù)保存在LOW低四位中，溫度的精確度能夠保存到0.0324℃，溫度的整數(shù)是保存在High的低四位以及Low高四位，當(dāng)High中高四位都是用1表示的時候，則說明是負(fù)數(shù)，如果高四位都是0，那么說明是正數(shù)。因此提取出數(shù)據(jù)以后，溫度能夠分為小叔部分、符號部分以及整數(shù)部分三部分。溫度的小數(shù)部分還精確處理，當(dāng)小數(shù)是超過了0.5℃時候，個位就會向前進1，如果溫度的小數(shù)部分是低于0.5℃，那么就把該小數(shù)忽略掉。如果溫度是負(fù)數(shù)時，就會實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換操作，溫度的整數(shù)部分會實行先取反位，再進行加1處理。另外由于本文選擇的單片機所能承受的溫度最低值是0下55℃，因此能夠把整數(shù)部分中的最高位用“-”表示，代表負(fù)數(shù)。溫度讀取程序如圖5所示。

圖5 溫度讀取流程圖

3.1.3 溫度計算程序

使用熱敏電阻可以得到溫度與電阻之間的關(guān)系，一般情況下當(dāng)溫度在一定范圍以外的時候，數(shù)碼管中就會用標(biāo)志“F”顯示。溫度程序代碼為：

結(jié)語：隨著當(dāng)今科技的飛速發(fā)展，集成電路也日益成熟，相對于傳統(tǒng)意義上的溫度計，本文設(shè)計的熱敏電阻溫度計中闡述了熱敏電阻器的相關(guān)知識，同時還介紹了硬件電路以及軟件電路的設(shè)計。在現(xiàn)代的很多工業(yè)生產(chǎn)中，很多的物理以及化學(xué)反應(yīng)的過程中都會涉及到溫度這個控制量。如果在工業(yè)生產(chǎn)中沒有很好地把握溫度變量，那么就很容易造成重大的工業(yè)安全，以及產(chǎn)品質(zhì)量問題，所以測量溫度在工業(yè)生產(chǎn)中起到了很大的作用。

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