一種基于單片機的ad590溫度測量設計與實現

摘要：本文介紹了基于AD590是AD公司利用PN結正向電流與溫度的關系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。由于該器件具有良好的線性特性和互換性，因此測量精度高，并具有消除電源波動的特性。通過A/D轉換芯片ADC0804完成A/D轉換后由單片機讀取，并以此數據為參考實現對室溫的控制。測試結果表明，工作穩定可靠。

關鍵詞：溫度傳感器；AT89S51；AD590；ADC0804；溫度測量

1. 引言

采用AT89S51單片機對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態簡單和靈活性大等優點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數量。單片機具有功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發周期短等優點，單片機對溫度的控制問題在日常生活中會經常遇到[1]。

1.1 溫度控制系統方案

結合本設計的要求和技術指標，通過對系統大致程序和工作速度的估計，考慮價格等因素。選定AT89S51單片機作為系統的主要控制芯片，8位模數轉換AD0804，采用AD509進行溫度采集，溫度設定范圍為-10 ℃—45 ℃，通過溫度采集系統，對溫度進行采集并作A/D轉換，再傳輸給單片機。以空調機為執行器件，通過單片機程序完成對室內溫度的控制。

1.2 主要任務和所做的工作

本論文主要是完成一種低成本、低價格、功能齊全，集溫度測量、溫度顯示、溫度控制于一體的單片機溫度控制系統的理論設計，包括硬件電路和主要的軟件設計。

研究的關鍵問題是：室溫的精確測量；溫度采集器AD590溫度控制電路設計；單片機與A/D轉換電路、顯示電路以及軟件的設計。

2. 系統設計方案

2.1 系統的主要要求

（1）溫度設定范圍為-10 ℃—45 ℃，最小區分溫度為1 ℃，標定為溫差小于或等于1 ℃。

（2）用二位十進制數碼顯示當前溫度。

（3）根據設定的溫度實現加熱或降溫處理。

（4）設計控制系統電路單元。

2.2 溫度傳感的選擇

要求對溫度和與溫度有關的參量進行檢測，應考慮用熱電阻傳感器。按照熱電阻的性質可分為半導體熱電阻和金屬熱電阻兩大類，前者通常稱為熱敏電阻，后者稱為熱電阻[2]。

2.3 A/D轉換部分

模/數轉化器是一種將連續的模擬量轉化成離散的數字量的一種電路或器件，模擬信號轉換為數字信號一般需要經過采樣保持和量化編碼兩個過程。針對不同的采樣對象，有不同的A/D轉換器（ADC）可供選擇，其中有通用的也有專用的。

2.4 數字顯示部分

通常用的LED顯示器有7段或8段“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。

（1）采用靜態顯示方式。

（2）采用動態顯示方式。

（3）采用移位寄存器擴展I/O口。

2.5 鍵盤輸入部分

常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。

（1）方案1采用4*4矩陣鍵盤輸入。

（2）方案2采用獨立式按鍵接口。

3. 系統硬件設計

3.1 系統主控電路設計

（1）時鐘電路

單片機的時鐘信號用來提供單片機片內各種微操作的時間基準，時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩和外部振蕩。

（2）復位電路

為了初始化單片機內部的某些特殊功能寄存器，必須采用復位的方式，復位后可使CPU及系統各部件處于確定的初始狀態，并從初始狀態開始正常工作。

3.2 按鍵輸入電路設計

每個按鍵接一根輸入線，每個輸入線上的按鍵工作狀態不會影響其他輸入線上的工作狀態。軟件設計采用外部中斷相結合的方法來設計，低電平有效。按鍵直接與A89S51的I/O口線相連接。

4. 系統軟件設計

系統軟件由初始化程序、主程序、溫度AD采集子程序、LED顯示子程序和鍵盤輸入子程序構成。

4.1 程序代碼

一般微機應用系統前向通道中，輸入信號均含有個中噪音和干擾，它們來自被測信號源、傳感器、外界干擾。為了進行準確的測量和控制，必須消除被測信號中的噪音和干擾。噪音有兩大類：一類為周期性的，另一類為不規則隨機的。前者的典型代表為50 Hz的工作干擾，對于這類信號要采用硬件濾波電路，其能有效地消除影響。后者為隨機信號，可采用數字濾波方法來消除[3]。

4.2 溫度標度轉換算法

A/D轉換器輸出的數碼雖然代表參數值的大小，但是并不代表有量綱的參數值，必須轉換成有量綱的數值才能進行顯示，標度轉換有線性轉換和非線性轉換兩種，本設計使用的傳感器線性好，在測量的量程內基本能與溫度成線性關系。

4.3 A/D轉換子程序設計

A/D轉換程序是溫度讀取的核心，AD590將溫度值0—100 ℃對應2.732 V—3.732 V的電壓值送給ADC0804讀取，ADC0804模擬量輸入0—5 V對應數字量0-0FFH。所以當數字為8AH（138十進制）時系統溫度為0 ℃。

4.4 LED顯示子程序設計

因系統需要顯示當前溫度，并要在設置溫度時顯示設定值，系統將數碼管的第一位設定為當前溫度與設置溫度的標志，第二位和第三位為溫度值，第四為溫度單位℃。當系統按下設置鍵S1/S2時系統自動跳轉到設置界面并在2S后自動恢復到當前溫度顯示界面。

4.5 制冷制熱控制子程序

制冷制熱控制子程序是完成制冷或制熱的控制，在當前值小于設定值時系統開啟制熱系統程序流程，在當前值大于設定值時開啟制冷系統程序流程。

4.6 輸入中斷程序

（1）中斷入口

按鍵S1、S2分別接單片機的P3.2、P3.3對應外部輸入中斷INT0、INT1。

（2）中斷子程序

中斷子程序主要完成溫度設置值的加或減，當S1產生下降沿時系統調用中斷程序KB1設置值WSET加1。當S2產生下降沿時系統調用中斷程序KB2設置值WSET減1。

5. 結束語

采用AT89S51單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態簡單和靈活性大等優點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數量。

參考文獻

[1] 張琳娜，劉武發.傳感檢測技術及應用[M].北京：中國計量出版社，2009.

[2] 沈德金，陳粵初.MCS-51系列單片機接口電路與應用程序實例[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[3] 何希才，虹敏.傳感器應用接口電路[M].北京：機械工業出版社，2010.