溫度傳感系統(tǒng)在單片機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

柴昆鵬

（東?？h科技情報(bào)研究所，江蘇 東海 222300）

溫度傳感系統(tǒng)在單片機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

柴昆鵬

（東海縣科技情報(bào)研究所，江蘇 東海 222300）

溫度的單片機(jī)測(cè)量是一個(gè)經(jīng)典且在工業(yè)應(yīng)用中廣為實(shí)用的一類控制問題。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，如何使控制系統(tǒng)更智能化、更現(xiàn)代化成為日漸重要的問題。特別是溫度控制問題衍生出來的一些問題尤為值得注意。由于需要實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程，因此在設(shè)計(jì)中必須更關(guān)注系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性問題，達(dá)到多路控制和信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸，力求電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

溫度；單片機(jī)；測(cè)量

1 溫度傳感器電路

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，也是人類研究最早、檢測(cè)方法最多的物理量之一。從總體上來說，物體溫度分布的范圍極寬，加上被測(cè)對(duì)象的繁雜多樣，所以至今還沒有一種溫度傳感器能夠覆蓋整個(gè)溫度范圍，因而只能根據(jù)不同的溫度范圍和不同的被測(cè)對(duì)象，適當(dāng)?shù)倪x擇不同的傳感器。常用的測(cè)溫傳感器的種類、機(jī)理和測(cè)量范圍如表1所示。

表1 測(cè)溫傳感器的種類、機(jī)理和測(cè)量范圍

另外還有集成溫度傳感器，例如美國(guó)AD公司的集成溫度傳感器AD590，廣泛地用于測(cè)量溫度等技術(shù)領(lǐng)域，其可在-55～150℃內(nèi)工作，工作電壓的范圍是4～30 V。AD590是電流測(cè)量元件，在一定溫度下，它相當(dāng)于一個(gè)恒流源。0℃時(shí)，輸出電流為273.2 μA，每1 K溫度變化時(shí)，輸出電流變化1 μA，因此，它具有不易受接觸電阻、引線電阻和噪聲的干擾，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離（如200 m）傳輸，具有很好的線性特性，即使遠(yuǎn)離負(fù)載電阻，電流輸出型溫度傳感器也不會(huì)產(chǎn)生引線降壓誤差，為此，適合于遙測(cè)。高溫環(huán)境中使用集成溫度傳感器時(shí)，為防止端子間漏電流產(chǎn)生誤差以及端子被腐蝕，需要采用環(huán)氧窗格玻璃防潮濕，或把傳感器放入不銹材料管內(nèi)。

根據(jù)特性分檔，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示，具體內(nèi)容如表2所示。

表2 AD590的后綴

綜合各種因素，這里選用AD590，它精度高，線性好，輸出電流為高阻抗（710 MΩ）。

AD590的主要特征是：（1）線性電流輸出：1μA/K，正比于絕對(duì)溫度；（2）寬溫度范圍：-55～150℃；（3）精度高：激光校準(zhǔn)精度到/-0.5℃；（4）線性好：滿量程范圍/-0.3℃；（5）電源范圍寬：4～30 V。

圖1 AD590特征

溫度傳感器電路如2所示。

圖2 溫度傳感器電路

其中，1 K精密電阻將傳感器輸出的電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，單位為1Mv/℃。R1，R2和可調(diào)電阻設(shè)置了偏置電壓，可使溫度為0℃時(shí)，輸出電壓為0 V。

2 運(yùn)算放大電路

因?yàn)锳D590輸出的電壓信號(hào)很小，如果不經(jīng)放大，很容易受到干擾，所以需經(jīng)運(yùn)算放大器放大后才能傳送給模擬轉(zhuǎn)換器。這里的放大器采用LM324，LM324輸出級(jí)有短路保護(hù)裝置，4個(gè)運(yùn)放之間具有良好的匹配性能和隔離性能，隔離抑制比為120 dB，可單電源或多電源工作，內(nèi)接頻率補(bǔ)償電路；輸入失調(diào)電流為3 nA（LM124/224型），輸入偏置電流為90 nA（LM324型），開環(huán)電流增益為100 V/mV?？蓱?yīng)用于有源濾波器，儀用放大器，醫(yī)療器械設(shè)備，精密測(cè)量設(shè)備，波形發(fā)生與變電路以及自動(dòng)控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。

（1）工作環(huán)境溫度范圍：0～70℃

（2）極限值：

電源電壓：/-16V（雙電源工作）

32V（單電源工作）

差模輸入電壓：Vs

共模輸入電壓：32V

引線耐焊接溫度（10S）300℃

4個(gè)運(yùn)放組成增益可調(diào)的差分放大器，電路如圖3所示。

其中，前兩個(gè)運(yùn)放作為緩沖級(jí)提高輸入阻抗，最后一個(gè)運(yùn)放構(gòu)成負(fù)反饋回路以改變電路增益。圖3中電壓增益AV=0.001（R6R7）。

圖3 差分放大器電路

[1]龔之春.數(shù)字電路[M].北京：電子科技大學(xué)出版社，1999.

[2]黃賢武.傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)[M].北京：電子科技大學(xué)出版社，1997.

Application of temperature sensing system in MCU design

Chai Kunpeng
（Donghai County Institute of Science and Technology Information, Donghai 222300, China）

MCU temperature measurement is a classic and widely used problem in the practical industry control. With the development of industrial automation, how to make the control system more intelligent, more modernization has become an increasingly important issue. Especially some problems derived from the temperature control problem is worthy of attention. Due to the need to achieve the industry, therefore, more attention to the reliability of the system in the design, anti-interference must be paid, to achieve multi-channel control and signal long-distance transmission, striving to simple circuit, economical and practical.

temperature; MCU; measurement

柴昆鵬（1981— ），男，江蘇東海。