温度传感器设计

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1、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

2、。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

3、 ：AD590 产生的电流与绝对温度成正比，它可接收的工作电压为 4V30V，检测的温度范围为55150，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 1A 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 AD590 电

4、流 经 10K 电压0 273.2 uA 2.732V10 283.2 uA 2.832 V20 293.2 uA 2.932 V30 303.2 uA 3.032 V40 313.2 uA 3.132 V50 323.2 uA 3.232 V60 333.2 uA 3.332 V100 373.2 uA 3.732 VAD590 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 ）A10K=（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

5、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 V2V1 时输出正值，V2V1 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

6、输出电压与温度关系如下表所示：摄氏温度 Vo 电压0 0V10 1 V20 2 V30 3 V40 4 V50 5 V60 6 V100 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P1.0T2EX345678RS9xINWLVCU?BOKF+G- oestabcdfgYpmiuylw8 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

7、 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 55150之间，经过 10K 之后采样到的电压变化在 2.182V4.232V 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VREF2-1 相比较，如果 VI VREF2-1 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 V

8、REF（1 2-1+2-2）比较，否则将VI 与 VREF（2 -10+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 D7D0=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

9、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”

10、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

11、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 EX1MOV 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RETIDONE: MOV

12、X DPTR, ARETI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 AD590 电流 经 10K 电压0 273.2 uA 2.732V10 283.2 uA 2.832 V20 293.2 uA 2.932 V30 303.2 uA 3.032 V40 313.2 uA 3.132 V50 323.2 uA 3.232 V60 333.2 uA 3.332 V100 373.2 uA 3.732 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(+)28

13、 13.7322.732100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, R0MOV B, #125MUL ABMOV B, #64DIV ABMOV B, #2732CJNE 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, AMOV A, BMOV B, R0GOON2: SUBB A, BMOV 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

14、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, #20HMOV B, #100DIV AB ;得百位值MOV R0, A ;赋百位值给 R0MOV A, BMOV B, #10DIV AB ;得十位值和个位值MOV R0+1, A ;赋十位值给 R0+1MOV R0+2, B ;赋个位值给 R0+2RETI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

15、点亮右边三个 LED 数码管，每一位保持 1ms，在 1020ms 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, R2MOV DPTR, #TAB ;字型表头地址赋给 DPTRLP0: MOV P2, AMOV 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, R3.1ACALL D1MS ;调用延时子程序INC R0 ;数据缓冲区地址加 1MOV A, R2JB 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, AAJMP LP0LP1: RETITAB: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DHDB 7DH, 07H, 7FH, 6FH, 77H, 7CHDB 39H, 5EH, 79H, 71H, 40H, 00HD1MS: ;延时 1ms 子程