热敏电阻传感器温度检测电路设计说明.doc

.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43.3A/D转换设计53.3.1 位逐次逼近式A/D转换器ADC080953.3.2ADC0809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 17致 18参考文献 1921 / 231 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：①AT89C51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，相当于一台计算机所需要的基本功能部件②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③AT89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所示图2 AT89C51引脚图2.1.1 AT89C51的功能特性AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节部RAM，32个I/O口线，两个十六位定时/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±0.3℃，且检测温度围为：-55~+155℃ 方案二：采用Pt100它的国际测温标准为：-40~+450℃，可选环境温度为：-40~70℃，精度为：±0.1℃，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0℃时阻值为100欧姆，在100℃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 时钟电路给一块部含有程序存储器的单片机配上时钟电路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，部时钟方式和外部时钟方式，本设计采用部时钟方式，部时钟电路图如图3所示图3 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设计采用按键脉冲复位，其原理图如图4所示图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ADC0809ADC0809是带有8位A/D转换器、8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：①ADC0809部带有输出锁存器，可与AT89S52单片机直接相连②初始化时，使ST和OE信号为低电平③送要转换的那一通道的地址到A,B,C端口上④在ST端给出一个至少100ms宽的正脉冲信号⑤是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断⑥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所示图5 A/D转换电路3.4 放大电路设计测温原理：采用 R1、R2、VR2、Pt100 构成测量电桥（其中 R29＝R28），温度变化时，当Pt100 的电阻值和 R27 的电阻值不相等，电桥输出一个 mV 级的压差信号，这个压差信号经过运放 AD620 放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连 A/D 转换芯片。

从而把热电阻的阻值转换成数字量AD620为三运放集成的仪表放大器结构,AD620的两个部增益电阻为24. 7 kΩ , 因而增益方程式为:　 G =49.4 kΩ/R G + 1 (1)　　对于所需的增益, 则外部控制电阻值为:　　R G =49.4/（G - 1）kΩ (2)电路原理如图6所示：图6 AD620原理图桥式电路测温整体电路如图7所示：图7 放大电路3.5 显示电路设计在单片机应用系统中，如果需要显示的容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行图3-7（a）是4位共阳数码管的管脚图LED数码管的使用与发光二极管一样，根据其材料不同正向压降一般为1.5～2V,额定电流为10mA,最大电流为40mA静态显示时取10mA为宜，动态扫描显示可加大，加大脉冲电流，但一般不超过40mA 本设计选用4位共阴数码管由于数码管的驱动电流较大，所以在设计时加上了三极管3904作为驱动电路，数码管和单片机的接口如图8所示图8显示电路3.6 报警电路由一个蜂鸣器和三极管组成，当高温超过设定值，蜂鸣器将会发出报警。

放大电路与单片机P3.4口相连，当采集到的温度值超过所设置的围时，单片机会输出一信号，通过三极管放大后驱动蜂鸣器发出报警信号如图9所示图9 蜂鸣器报警电路4 系统软件设计4.1 主程序设计4.1.1 程序说明主程序是系统上电或复位后首先要执行的程序，主程序主要完成系统的初始化、扫描显示等工作这是一个综合硬件设计控制系统利用显示电路、A/D转换电路、单片机实现温度报警的系统本设计可以实现将模拟温度信号，转换成数。