多路溫度自動巡檢系統

劉文秀, 郭偉, 余波年

摘 要：設計了一種8路溫度巡檢儀，能夠對8通道循環檢測溫度，當溫度超過上限時，實現報警功能。硬件上，利用半導體集成溫度傳感器檢測溫度，由單片機控制，進行A/D轉換，在顯示器上顯示測量出的溫度。軟件上，單片機編程以實現對各測試點溫度值的檢測和集中管理。

關鍵詞：溫度傳感器； 巡回檢測； A/D轉換； 液晶顯示

中圖分類號：TN87-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)09-0124-03

Multi-channel Temperature Automatic Inspection System

LIU Wen-xiu1，GUO Wei2，YU Bo-nian1

(1. School of Automation, Shaoguan University, Shaoguan 512005, China;

2.Guangdong Shaoguan Big Jiangnan Electric Engineering Company, Shaoguan 521005, China)

Abstract： A kind of 8-channel temperature inspection instrument is designed, which can circularly detect temperature of 8-channel and realize alarm function when temperature exceeds the maximum limitation. For the hardware, integrating temperature sensor by semiconductor to detect temperature and performing the A/D conversion by single-chip microcomputer control for displaying the measured temperature on display. For the software, programming by the SCM for detecting and managing each test point temperature.

Keywords： temperature sensor; detection; A/D conversion; LCD display

0 引 言

溫度是工農業生產中常見的工藝參數之一，許多產品對溫度范圍要求嚴格，對溫度的控制好壞直接影響產品的質量。因此，在工農業生產中常常對溫度不僅要不斷地測量，而且要對溫度進行控制。特別是遇到溫度超過我們設定的溫度時，系統還會以報警的方式通知我們。目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都是單點測量，同時還有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于工業控制者根據溫度變化及時做出決定。在這樣的形式下，開發一種能夠同時測量多點，并且實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測量系統就很有必要。

本文介紹了一種以單片機為基礎［1］，利用半導體集成溫度傳感器檢測溫度而制作的八路溫度巡檢系統，可通過液晶顯示器顯示溫度，當溫度高于設定值時，執行報警程序［2］。

1 系統設計方案

設計主要包括五大部分：溫度信號檢測及放大部分、單片機、A/D轉換部分、溫度顯示部分及報警電路。多路溫度巡檢儀框圖如圖1所示。

圖1 多路溫度巡檢儀框圖

系統首先將溫度經溫度傳感器［3］及放大電路變換成與溫度成線性關系的電壓信號，然后送到A/D轉換器，最后通過數字顯示器顯示出測量的溫度，當溫度超過標定的溫度時就報警。其中A/D轉換、顯示及報警都是由單片機來完成。

2 硬件系統設計

2.1 溫度檢測電路

AD590是電流型溫度傳感器［4］，通過對電流的測量可得到所需的溫度值。它是一種二端元件，屬于一種高阻電流源，其典型的電流溫度靈敏度是1 μA/K。由AD590組成的測溫電路如圖2所示。

圖2中的OP07是高精度低失調的精密運放集成電路，用于微弱信號的放大，如果使用雙電源，能達到最好的放大效果。它的電源電壓范圍為-22~-3 V, 3~22 V，輸入噪聲電壓幅度為0.35 μV(0.1~10 Hz)，共模抑制比為126 dB，共模輸入電壓范圍為-14~+14 V。

圖2 由AD590組成的測溫電路

圖2中的MC1403是精密低壓基準電源，一般用作8~12 b的A/D芯片的基準電壓等一些需要基本精準的基準電壓的場合。輸出電壓為2.5 V，靜態電流為1.2 mA，工作環境溫度為-55~+125 ℃。

因為運算放大器的反相輸入端電位VN≈0 V，故由基準源MC1403提供的電流為I0為：

I0=VREFRp1+R1=2.5Rp1+R1

調節Rp1即可改變I0的大小。

AD590輸出電流的溫度靈敏度為1 μA/K。設要測量的環境溫度為T(單位：℃)，則流過AD590的電流It為：

It=1×(T+273.15)=T+273.15

通過反饋支路的電流If=It－I0=T+273.15－2.5Rp1+R1，可見若要使If=T，只要調節電位器Rp1即可。此時放大器的輸出電壓為：

U0=(R2+Rp2)?If=(R2+Rp2)×T

若要得到10 mV/℃的靈敏度輸出，可選用R2=9.1 kΩ，Rp2=2 kΩ。故Rp1為調零電位器，Rp2為標定靈敏度電位器。

要進行八路溫度的巡檢，就要采用以上8個相同的溫度檢測放大電路。

2.2 A/D轉換電路

隨著大規模集成電路制造技術的不斷發展，各種大規模集成A/D轉換器相繼出現。要對8路模擬信號進行A/D轉換、數據處理、顯示控制等，可以選用ADC0809和ICL7107兩種集成電路。這兩種集成電路都可以完成A/D轉換、數據處理、顯示控制等功能。但ADC0809比ICL7107具有外圍電路簡單，容易控制的優點，故選用ADC0809［5］。

ADC0809與單片機C51［6］的接口電路如圖3所示。

ADC0809的時鐘信號CLK由單片機的地址鎖存允許信號ALE提供，單片機晶振頻率為12 MHz，則ALE信號經分頻輸出為500 kHz，滿足CLK信號低于640 kHz的要求。當P2.7和WR同時有效時，以線選方式啟動A/D轉換同時使ADC0809的ALE有效，P0口輸出的地址A2,A1和A0經八位鎖存器74LS373的Q2,Q1,Q0輸出到ADC0809的ADDC,ADDB,ADDA，選定轉換通道，IN0~IN7地址為7FF8H~7FFFH;當P2.7和RD信號同時有效時，OE有效，輸出緩沖器打開，單片機接受轉換數據。

圖3 ADC0809與C51的連接

由于ADC0809片內無時鐘產生電路，可利用8051提供的地址鎖存允許信號ALE經D觸發器二分頻后獲得。將P2.7作為片選信號，在啟動A/D轉換時，由單片機的寫信號WR和P2.7控制ADC0809的地址鎖存和轉換啟動。由于AIE和START連接在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時，啟動并進行A/D轉換。再讀取轉換結果時，用單片機的讀信號RD和P2.7給一級或非門形成的正脈沖作為OE信號，用以打開三態輸出鎖存器。P2.7與ADC0809的ALE,START和OE之間有如下關系：

ALE=START=(WR+P2.7)

OE=(RD+P2.7)

2.3 MCS-51單片機

MCS-51是一個單片機系列產品［7］，具有多種芯片型號。按資源配置數量，MCS-51系列分為51和52兩個子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列則是增強型，以芯片型號的最末位數字的“1”和“2”作標志。52作為增強型子系列，由于資源數量的增加，使其芯片的功能也有所增強。

系統的控制電路由單片機80C51為核心元件，加上外圍電路，裝入ADC0809的A/D轉換程序和液晶顯示內部程序就可以進行數據控制。

單片機80C51的INT1腳外接電路是一報警電路，當INT1腳輸出為高電平時不報警；當待轉換信號超出了溫測范圍，INT1腳輸出低電平，這時就會報警。

單片機80C51內部含有振蕩電路，就只需要在XTAL1和XTAL2這兩個管腳外接晶體振蕩器作為振蕩源，振蕩信號經內部電路整形作為單片機的主頻信號。在RST管腳外接了手動復位和上電復位兩種復位電路。

通過T0,T1腳接的按鍵S1和S2可以實現選擇測溫通道，實現定點檢測：在檢測時，當需要檢測顯示某個通道時，按下S1按鍵就選擇第一路溫度檢測，再按一次S1按鍵，則選擇到第二路溫度檢測，再按一次S2就顯示第一通道，以此類推，當按到所需要的通道時，停下來就顯示該通道的數據，以實現通道檢測的切換。

2.4 溫度顯示電路

溫度顯示電路使用的是液晶顯示，液晶顯示比LED數碼管顯示要簡便，外圍電路元件也較少。LCD1602是一種液晶顯示器件。

溫度顯示電路如圖4所示。

R32用于調節顯示的對比度，15腳、16腳外接一個5 V的背光電壓。

LCD1602液晶模塊內部的字符發生存儲器已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。

3 軟件系統設計

當檢測到的溫度信號送至A/D轉換電路時，程序初始化，當送入到P0口的模擬信號是高電平，則通過P0口送入80C51進行數字信號處理，數據處理完后經P1口送到顯示器顯示，如送入到P0口的模擬信號不是高電平，則返回。

主程序的流程圖如圖5所示。

圖4 溫度顯示電路

圖5 主程序流程圖

中斷程序流程圖如圖6所示。A/D轉換流程圖如圖7所示。

圖6 中斷程序流程圖

圖7 A/D轉換流程圖

4 結 語

系統采用半導體集成溫度傳感器AD590［9］。AD590溫度傳感器不但實現了溫度轉換為線性化電量，而且精度高、互換性好、應用簡單方便［4］，并且可把輸出的電信號經A/D轉換為數字信號，以發揮其實時和準確的特點。

總之，與水銀溫度計、銅-鎳熱電偶溫度計及半導體熱敏電阻溫度計相比［10］，AD590具有線性好,測溫不需要參考點及消除電源波動等優點，因此在常溫范圍內可以取代它們，廣泛的應用于科技和工業領域中。

參考文獻

［1］張新榮.基于單片機的多路溫度監測系統設計［J］.工業控制計算機，2010，23(7):95-98.

［2］張攀峰.基于SN8P2604單片機和DS18B20的多路溫度測控系統［J］.陜西科技大學學報:自然科學版，2010，28(3)：96-98.

［3］陳杰.傳感器與檢測技術［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［4］朱蘊璞.傳感器原理及應用［M］.北京:國防工業出版社,2005.

［5］李群芳,張士軍.單片微型計算機與接口技術［M］.北京：電子工業出版社，2005.

［6］房曉翠,王金風.單片機實用系統設計技術［M］.北京:國防工業出版社,1999.

［7］高峰.單片微機應用系統設計及實用技術［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［8］劉亮.先進傳感器及其應用［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［9］黃賢武.傳感器原理與應用［M］.成都:電子科技大學出版社,1999.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文