基于AD590的單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

龍鵬程 王香婷

摘要：溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最常見的工藝參數(shù)之一，與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、安全性等密切相關(guān)，因此在生產(chǎn)過程中常需要對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。該設(shè)計(jì)主要是基于AD590的單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)，測(cè)溫系統(tǒng)主要分為硬件和軟件兩個(gè)部分進(jìn)行。硬件部分主要是介紹熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)的電源模塊、溫度采集模塊、單片機(jī)模塊、顯示模塊、按鍵模塊和報(bào)警模塊的功能及工作原理以及實(shí)現(xiàn)的方法。軟件部分主要是介紹信息處理的編譯的思想和智能化顯示的實(shí)現(xiàn)過程。在論文中將詳細(xì)闡述測(cè)溫系統(tǒng)的基本概念和工作原理，以及其智能化的實(shí)現(xiàn)過程和方法，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)制作過程作系統(tǒng)的理論研究和設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：溫度；AD590；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)01-0177-03

近年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展，集成溫度傳感器有很大的發(fā)展，與熱電偶、熱電阻等傳統(tǒng)溫度傳感器相比，集成溫度傳感器的輸出呈線性且測(cè)溫精度高。集成溫度傳感器的種類很多，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測(cè)量的準(zhǔn)確可靠，并同時(shí)達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。集成溫度傳感器AD590具有靈敏度高、線性度優(yōu)良、性能穩(wěn)定、無需補(bǔ)償、熱容量小、抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)溫且使用方便等優(yōu)點(diǎn)，如果能夠利用集成溫度傳感器的這些優(yōu)點(diǎn)做成測(cè)溫系統(tǒng)，減少非線性，提高測(cè)溫精度，可廣泛應(yīng)用于各種冰箱、空調(diào)器、倉(cāng)庫(kù)、冷庫(kù)等各種需要進(jìn)行溫度測(cè)量和控制的領(lǐng)域。

1硬件設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)劃分按鍵模塊、顯示模塊、電源模塊、溫度采集模塊和單片機(jī)模塊。用戶通過鍵盤模塊設(shè)置上下限溫度報(bào)警值，顯示模塊用于顯示溫度值，報(bào)警模塊用于提供聲、光報(bào)警信息。電源模塊主要是提供穩(wěn)定的電壓，溫度采集模塊主要是測(cè)量外界溫度值，單片機(jī)模塊定是采集電壓值，將其轉(zhuǎn)換成溫度值并顯示，接受鍵盤輸入，完成設(shè)置報(bào)警功能。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案圖1所示。

圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)使用AT89C51單片機(jī)作為控制中心，控制測(cè)溫電路對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量值送顯示電路顯示，同時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的報(bào)警值決定是否控制報(bào)警電路報(bào)警。通過控制報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)報(bào)警值的設(shè)置操作。溫度傳感器采用集成溫度傳感器AD590實(shí)時(shí)測(cè)量溫度值，實(shí)現(xiàn)溫度值的變化轉(zhuǎn)化成測(cè)量輸出電壓值的變化。該系統(tǒng)方案的指標(biāo)：測(cè)溫范圍：-55℃~+150℃；測(cè)溫分辨力：0.5℃；測(cè)溫準(zhǔn)確度：1%。

單片機(jī)模塊定時(shí)采集電壓值，將其轉(zhuǎn)換成溫度值并顯示：接受鍵盤輸入，完成設(shè)置報(bào)警值的功能。單片機(jī)電路由AT89C51單片機(jī)及相關(guān)器件組成，AT89C51的P2口接鍵盤。P0.0控制變色二極管的紅色端；P0.1控制變色二極管的綠色端；P0.2控制蜂鳴器鳴叫。P1.0、P1.1為顯示器提供串行時(shí)鐘及數(shù)據(jù)信號(hào)，P1.2、P1.3提供A/D轉(zhuǎn)換的串行時(shí)鐘及數(shù)據(jù)信號(hào)，P1.4用于提供MAX187的片選信號(hào)。

集成溫度傳感器AD590是一種新型的兩端式恒流溫度傳感器，流過的電流值等于絕對(duì)溫度的度數(shù)。通過AD590的基本應(yīng)用電路把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，用來采集外界溫度。

在AD590中，流經(jīng)器件的電流等于其改變的熱力學(xué)溫度數(shù)；電阻R1為10KΩ，其輸出電流與絕對(duì)溫度成正比，溫度每升高1K（K為開爾文溫度），輸出電流就增加1uA。其輸出電流I=（273.2+T）uA，本設(shè)計(jì)中串聯(lián)電阻的阻值選用10KΩ,所以輸出電壓V0=（2732+ 10T）mV。然后把變化的電壓輸入到AD轉(zhuǎn)換器中，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)。

顯示電路使用LED數(shù)碼管顯示器，采用靜態(tài)顯示方法。4片74LS164通過串接為L(zhǎng)ED數(shù)碼管提供顯示段碼。R1~R41是LED限流電阻，為取電阻值為1KΩ。系統(tǒng)是使用單片機(jī)的兩個(gè)引腳為74LS164提供移位脈沖及串行數(shù)據(jù)，軟件編程時(shí)，每次通過這兩個(gè)引腳串行傳送4個(gè)顯示字符的32位段碼。顯示模塊用于顯示溫度值。溫度值范圍-55℃~+150℃，顯示到小數(shù)點(diǎn)后一位，采用靜態(tài)顯示方法。第一位LED數(shù)碼管顯示符號(hào)，第二、三位顯示溫度值整數(shù)部分，第四位顯示小數(shù)部分【3】。

按鍵模塊采用4×4行列矩陣結(jié)構(gòu)，用戶通過鍵盤模塊設(shè)置上、下限溫度報(bào)警值。用戶可以使用的按鍵有0~9十個(gè)數(shù)字鍵，在數(shù)位間移動(dòng)的NEXT按鍵，確定輸入值的確定鍵以及符號(hào)按鍵，共13個(gè)按鍵。KEYL0~KEYL3是行線，分別接單片機(jī)的P2.0~P2.3；KEYR0~KEYR3是列線，分別接單片機(jī)的P2.4~P2.7。軟件編程時(shí)采用線反轉(zhuǎn)法，該方法要求行線和列線都要上拉電阻。由于MCS-51單片機(jī)的P2口內(nèi)部集成上拉電阻，所以系統(tǒng)未加。S1~S10分別表示0~9字符鍵，S11表示NEXT鍵，S12表示符號(hào)鍵，S13表示確認(rèn)鍵。

LS1是一個(gè)蜂鳴器，有SPCON端控制發(fā)聲。當(dāng)SPCON輸出低電平時(shí)，蜂鳴器響；輸出高電平時(shí)，蜂鳴器停止鳴叫。變色二極管LED1有兩個(gè)引腳：K為公共陽極接VCC；G為綠色控制輸入端，輸入低電平時(shí)，發(fā)綠色光；R為紅色控制輸入端，輸入低電平時(shí)，發(fā)紅色光。系統(tǒng)通過LEDRCON、LEDGCON控制LED1發(fā)不同顏色的光。通過蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警；通過變色二極管實(shí)現(xiàn)上限報(bào)警和下限報(bào)警，紅色表示上限報(bào)警，綠色表示下限報(bào)警。

2系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)溫度進(jìn)行采集、顯示并判斷是否超出預(yù)設(shè)范圍：通過安檢操作，輸入溫度上下限報(bào)警值。整個(gè)軟件可分為按鍵子程序，顯示子程序、溫度采集子程序、報(bào)警子程序及其系統(tǒng)主程序。按鍵子程序針對(duì)硬件電路總的按鍵電路，負(fù)責(zé)鍵盤掃描返回用戶按鍵值。顯示子程序針對(duì)硬件電路中的顯示電路，負(fù)責(zé)顯示溫度值。報(bào)警子程序針對(duì)硬件電路中的報(bào)警電路，控制蜂鳴器鳴叫和發(fā)光二極管發(fā)光。溫度采集子程序針對(duì)硬件電路的測(cè)溫電路，實(shí)現(xiàn)將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。主程序通過調(diào)用各個(gè)子程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

系統(tǒng)主程序通過調(diào)用其他主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。函數(shù)調(diào)用刷新顯示函數(shù)完成不同模式的顯示功能，調(diào)用按鍵掃描函數(shù)獲得按鍵，調(diào)用按鍵處理函數(shù)對(duì)按鍵進(jìn)行處理。主程序流程圖如圖2所示。

溫度采集子程序負(fù)責(zé)控制MAX187對(duì)輸入電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，根據(jù)測(cè)溫電路原理計(jì)算得出AD590輸出的電流大小，再根據(jù)電流大小與熱力學(xué)溫度度數(shù)之間的關(guān)系，得出系統(tǒng)溫度值。溫度采集子程序流程圖如圖3所示。

刷新顯示函數(shù)用于主程序中，完成顯示溫度值及顯示設(shè)置報(bào)警值。函數(shù)流程圖如圖所示，當(dāng)SysMode=0時(shí)顯示采集的溫度值，并進(jìn)行報(bào)警處理；當(dāng)SysMode=1時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)設(shè)置上限報(bào)警值的顯示；當(dāng)SysMode=2時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)設(shè)置下限報(bào)警值的顯示。刷新顯示流程圖如圖4所示。圖4刷新顯示流程圖

報(bào)警子程序設(shè)置報(bào)警函數(shù)用來設(shè)置上、下限報(bào)警值。程序流程圖如圖所示，如果Mode=1，該函數(shù)用來設(shè)置上限報(bào)警值；Mode= 2，用來設(shè)置下限報(bào)警值。設(shè)置報(bào)警流程圖如圖5所示。

圖5設(shè)置報(bào)警流程圖

報(bào)警子程序通過控制蜂鳴器和變色二極管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。根據(jù)系統(tǒng)采集的溫度值，據(jù)頂是否控制報(bào)警電路報(bào)警。若溫度值大于上限報(bào)警值，則蜂鳴器響、二極管發(fā)紅光；若小于下限報(bào)警值，則蜂鳴器響、二極管發(fā)綠光；否則不報(bào)警。報(bào)警程序流程圖如圖6所示。

3結(jié)論

本文給出了電子設(shè)計(jì)詳細(xì)原理圖和軟件設(shè)計(jì)方案，按照詳細(xì)的電路圖進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)過多次下載程序到硬件電路中調(diào)試，測(cè)試溫度性能調(diào)整，完成測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、良好，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。實(shí)踐證明了本系統(tǒng)的正確性并具有一定的實(shí)用性。

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