测温传感器实验报告.docx

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1、1. 需求分析随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入。温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工业参数之一。随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高。而且测量的范围也越来越广，对温度的监测技术的要求也越来越高。因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。目前温度计种类繁多，应用广泛，大致可以包括以下几种方法：1） 利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2） 利用热电效应技术制成的温度检测元件3） 利用热阻效应技术制成的温度计4） 利用热辐射技术制成的高温计5） 利用声学原理进行温度测量基于热敏电阻的测温控制系统采用热阻效应，由TL431

2、精密基准电压，NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集，A/D和D/A转换，单片机AT89C52为核心的最小控制系统，LCD1602的显示电路等构成。温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。该系统能够测量范围为-1050，测量精度1，可以通过数码管直观地显示出当前温度值。本系统设计中，主要应用了单片机作为控制器，用NTC热敏电阻制作的温度传感器实现温度变化但电压变化后再通过放大器后通过AD转换在将数据送入单片机处理后用LED显示出来实现温度测量。单片机可以用USB供电，另外一个可以用直流电源作为供电元件。学习板系统总体设计图2. 系统设计2.1 AT89C52单片机电路图AT89C52是51系列

3、单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但

4、不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。兼容MCS51指令系统8k可反复擦写(1000次）FlashROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能AT89C52P为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功

5、能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（3239脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N

6、1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。2.2 电路设计2.2.1设计原理图1如图1所示，当外界温度变化时，热敏电阻的阻值随着发生变化，热敏电阻上分得的电压发生变化，通过单片机的IO口和集成AD可以获得热敏电阻的电压值为V，通过计算得出热敏电阻的阻值变化规律R=V*R1/(5-V)。由于热敏电阻的阻值与温度有表1的对应关系，将各对应值用数组形式写入程序，通过查表便可以得到此时外界的温度值。温度(摄氏度)阻值(千欧姆)温度(摄氏度)阻值(千欧姆)温度(摄氏度)阻值(千

7、欧姆)225.71712.6327.7324.61812.1337.4423.61911.6347.1525.52011.2356.9621.62110.7366.6720.72210.3376.4819.82310.0386.2919.0249.6396.01018.2259.2405.81117.4268.9415.61216.7278.8425.41316.0288.7435.21415.4298.6445.01514.8308.5454.81614.2318.4464.6表12.2.2 硬件电路图22.2.3器件选用及连接元件号元件名称元件说明1电源5V2电阻R110K3热敏电阻R10

8、K4电容C310uF5电阻R24.7K6电容C130pF7电容C230pF8晶振X112MHZ9排阻RP110K X 810数码管8段共阴11单片机STC12C5A60S2表2系统所用的元器件及说明如表2所示。引脚连接安排为：P1.1引脚接热敏电阻，RST引脚接复位电路，X1、X2连接用来起振，P2.7-P2.4 引脚接数码管的1、2、3、4，P0.0-P0.7引脚接数码管的a b c d e f g h和10K的排阻。2.3 模数转换电路前向通道中，当温度值转换为电压后，还需要将电压值进行A/D转换，转换后的值才能送到单片机进行处理。后向通道中进行温度显示前应该先经过D/A转换2.4硬件选用

9、2.4.1热敏电阻的选用热敏电阻器的热敏电阻有电阻值随温度升高而升高的正温度系数（简称PTC）热敏电阻和电阻值随温度升高而降低的负温度系数（简称NTC）热敏电阻。 NTC热敏电阻器，是一种以过渡金属氧化物为主要原材料，采用电子陶瓷工艺制成的热敏半导体陶瓷组件。这种组件的电阻值随温度升高而降低，利用这一特性可制成测温、温度补偿和控温组件，又可以制成功率型组件，抑制电路的浪涌电流。 电阻温度特性可以近似地用下式来表示： R= R*EXPB*(1/T-1/T) 式中：RT、RN分别表示NTC在温度T(K)和额定额定温度TN (K)下的电阻值，单位，T、TN 为温度，单位K（TN(k)=273.15+

10、TN()）。B，称作B值，NTC热敏电阻特定的材料常数(Beta)。由于B值同样是随温度而变化的，因此NTC热敏电阻的实际特性，只能粗略地用指数关系来描述，所以这种方法只能以一定的精度来描述额定温度或电阻值附近的有限的范围。 电阻温度关系： NTC热敏电阻器CWF2-502F3950各温度点的电阻值，即电阻温度关系表。NTC热敏电阻器CWF2-502F3950的测温范围为-55,125，其电阻值的变化范围为250062,242.64。如表1所示，列举了2-42摄氏度的电阻温度关系。2.4.2 AT89C52单片机的选用 AT89C52单片机中包含中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、

11、数据存储区（SRAM）、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振动器和外部晶振等模块。AT89C52系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片内系统。2.4.5性能特点 60KB的Flash片内程序存储器、256字节的内部随机存取数据存储器（RAM）、1024字节的外部存储器、1K字节的数据Flash存储（EEPROM）、ISP（在系统可编程）/IAP(在应用可编程)、 看门狗、内部集成MAX810专用复位电路、外部掉电检测电路、时钟源：外部精度晶体/时钟，内部R/C振荡器、4个16位定时器、3个时钟输

12、出口、7个外部中断I/O口、PWM(2路)/PCA(可编程计数器阵列，2路)、A/D转换，10位精度ADC,共8路.2.5 C语言程序流程图及代码系统C程序代码：Config.h代码：#ifndef _CONFIG_H_#define _CONFIG_H_#include #define FOSC 12000000L#define ADC_POWER 0x80#define ADC_FLAG0x10#define ADC_START0x08#define ADC_SPEEDLL0x00#define ADC_SPEEDL0x20#define ADC_SPEEDH0x40#define ADC

13、_SPEEDHH0x60#define ADC_POSITION 1/AD通道位置0-7#define NUX_DATA P0/数码管段选#define NUX_SEGP2/数码管位选void Delay_ms(unsigned int ms);/延时函数void InitADC(); /初始化AD功能#endifMain.c代码：#include config.hunsigned int code Ttable422=2,257, 3,246, 4,236, 5,225, 6,216, 7,207 8,198 9,190 10,182 11,174 12,167 13,160 14,154

14、15,148 16,142 17,136 18,131 19,126 20,121 21,116 22,112 23,107 24,103 25,100 26,96 27,92 28,89 29,86 30,82 31,80 32,77 33,74 34,71 35,69 36,66 37,64 38,62 39,60 40,58 41,56 42,54 43，52 ; / 此数组保存热敏电阻的温度值（从2-43摄氏度），超出无效unsigned char code TableDATA13=0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D,0x7D, 0x07, 0x7F,

15、 0x6F/*0-9*/, 0x00/*无*/, 0x02, 0x39,/数码管数字0-9unsigned char code TableSEG 4 = 0xEF,0xDF,0xBF,0x7F; /数码管位置0-3unsigned char show4;/定义温度全局 * 函数名称: void Delay_ms(unsigned int ms)* 功能描述: 延时函数* 输 入: unsigned int ms 延时时间* 输 出: 无* 全局变量: 无* 调用模块: 无void Delay_ms(unsigned int ms)for(;ms0;ms-);* 函数名称: void adc_i

16、sr() interrupt 5* 功能描述: AD中断,获取AD数据* 输 入: 无* 输 出: show* 全局变量: show* 调用模块: Delay_msvoid Adc_isr() interrupt 5unsigned char i;unsigned int m;m = ADC_RES;/计算此时热敏电阻阻值m = (100*m)/(255-m);/计算此时的温度值for(i=41;i= Ttablei1 & m 0;j-)for(i=0;i4;i+)/数码管扫描NUX_SEG = TableSEG3-i;NUX_DATA = TableDATAshowi;Delay_ms(10

17、0);NUX_DATA = 0x00;3. 使用说明书该热敏电阻测温系统测量温度在-10-50摄氏度范围内，超出范围则无效，主要用于室内测温。该热敏电阻测温系统能显示温度数据和温度单位符号，但是只能显示温度数据的整数部分，所以不能用于高精度的温度测量。该热敏电阻测温系统所接电源为5V，切记不可接12V等电源，以免烧坏单片机。4. 心得体会基于热敏电阻的测温控制系统设计将单片机与传感器进行了结合，接触了模数转换器件，了解了有关AD转换的知识，同时也温习了汇编知识。通过学习，培养了我分析问题和解决问题的能力。树立了正确的设计思想，拓宽我们的视野。参考文献1陈武凡.小波分析及其在图像处理中的应用.科学出版社，2002.01.2高吉祥主编.高频电子线路.北京：电子工业出版社，20033易波.通信原理.长沙：国防科技大学出版社出版，19984何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术M.北京：北京航空航天大学，1990.5李晓荃.单片机原理与应用M.北京:电子工业出版社，2000.6樊昌信.通信原理(第五版)M.北京：国防工业出版社,2001.7全国大学生电子设计设计竞赛组委员会.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京电子工业出版社，2005.8马云峰.单片机控制的直流电流源设计J.潍坊高等专科学校学报，1999.