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1、热敏电阻传感器温度检测电路设计摘要随着科技的提高，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 11.1 课题描述 11.2 基本工作原理与框图 12 相关芯片与硬件 12.1 单片机选型
2、22.1.1 AT89C51 的功能特性22.2 温度传感器选择 32.3 模数转换器选型 32.4 总体方案 43 硬件电路设计 43.1 时钟电路 43.2 复位电路 43.3 A/D 转换设计53.3.1 位逐次逼近式 A/D 转换器 ADC080953.3.2 ADC0809 应用注意事项53.3.3 模数转换模块电路 53.4 放大电路设计 63.5 显示电路设计 73.6 报警电路 84 系统软件设计 94.1 主程序设计 94.1.1 程序说明 94.1.2 流程图 94.2 AD 转换设计94.2.1 标度变换说明 94.3 显示子程序的设计 10总 结 11致 谢 18参考文
3、献 191 绪论1.1 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
4、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、以与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。1.2 基本工作原理与框图单片机蜂鸣器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
5、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。放大电路A/D 转 换 器图 1 基本工作原理框图2 相关芯片与硬件2.1单片机选型本方案使用的是AT89C51单片机，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 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种功能 的I/O 口设备等，相当于一
6、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80C51、80C52的用户都转而使用AT89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引脚图如图2所示。piboeP1.1CF12SC 尸 1.3E 冃|占匸P1.5EP1-7C rRST 匚 (RXD3 P3at rncD
7、3 P3i c 41NTCQ P3 3E iTij ra.sr:P3.4IZR3.5C WR3 P3.6C CD3P3-7E 灯UN匚 恳T4L1匸 cNor曽al4:SIBF 由魯FP.1E它芒11上苜刘 vcc P0.0 仙 0、 no.t fAnp, FQje呻卑 ziposyw 苗 PO.-fl住小帅 npfi弓的曲 POiC PQ.7 AU| DVvpp ALEiPROS PSiFTM ra.FCiMS) Pj&帕J引 P2.5 PS出仇12) ra.aiMii ps卫产1) F2. 呻p B.O Ci图2 AT89C51引脚图2.1.1AT89C51的功能特性AT89C51提供以下
8、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7计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信 口，片内振荡器与时钟电路。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的工作，但允许RAM,定时/计数器, 串行通信口与中断系统继续工作。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。2.2 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
9、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AD590。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,可选环境温度为:-4070C, 精度为：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。铂易于提纯，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 是铂
10、热电阻，简称为： PT100 铂电阻，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
11、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与漂移较高的缺点， 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与实验室的设备，选择方案二的PT100作为温度传感 器。2.3 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ADC。A/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
12、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 位串 行A/D转换ADC0809能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。2.4 总体方案本方案以 AT89C51 单片机系统为核心，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、ADC0809作为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3.1 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
13、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 设计米用内部时钟方式，内部时钟电路图如图3所示。C111nFC12XTAL1X4CRYSTAL O XTAL21nF图3内部时钟电路图3.2 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CPU 和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。本
14、设计采用按键脉冲复位，其原理图如图 4 所示。C14C131nF RST丄R321nF丄10kR3310k图4按键脉冲复位原理图3.3 A/D 转换设计3.3.1位逐次逼近式A/D转换器ADCO8O9ADC0809是带有8位A/D转换器、路多路开关以与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。3.3.2 ADC0809应用注意事项： ADC0809内部带有输出锁存器，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EOC信号来判断。 当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。3.3.3 模数转换模块电路ADC0809接线图，即A/D转换电路如图5所示。IN0。Q0已Q1 OQ2心6T2-P6IN0CLOCKIN1STARTIN2IN3EOCIN4IN5OUT1IN6OUT2IN7OUT3OUT4ADD AOUT5ADD BOUT6ADD COUT7ALEOUT8VREF(+)VRFF(-)OF15268252T23770J6:B71320 419i71888
