热敏电阻传感器温度检测电路设计黄河科技学院课程设计.docx

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课程设计说明书 第26页

热敏电阻传感器温度检测电路设计

摘要

随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度对产品的影响，许多产品对温度范围要求严格，目前市场上普遍存在的问题有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。

在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高的温度采集系统就很有必要。

本课题用一种基于单片机的数据采集系统方案，该方案根据热敏电阻随温度变化而变化的特性，采用串联分压电路。

单片机采集热敏电阻的电压，通过A/D转换将模拟量电压信号转换成数字量电压信号，经过查表转换得到温度值，控制液晶屏实时显示温度值。

本系统中所用到的器件是STC89C52单片机、NTC热敏电阻和LCD1602液晶显示屏。

关键词：

STC89C52单片机，热敏电阻，LCD1602

目录

1绪论 1

1.1设计背景 1

1.2设计的主要内容及技术指标 2

1.3数据采集系统简单介绍 2

2热敏电阻的温度检测装置的系统论证 3

2.1温度传感器的选择 3

2.2调理模块 4

2.3温度核心模块 6

2.4显示模块 6

3热敏电阻的温度检测装置硬件系统设计 8

3.1温度采集模块硬件设计 8

3.2AD转换模块的设计 9

3.3MCU控制器模块设计 10

3.3.1核心部件的介绍 11

3.3.2复位电路的设计 11

3.4显示模块电路设计 12

3.5电源模块的设计 13

4热敏电阻的温度检测装置软件系统设计 14

4.1软件总体程序设计 14

4.2功能模块设计 15

4.2.1A/D转换模块原理及程序 15

4.2.2热敏电阻阻值和温度的非线性对性模块原理及程序 18

4.2.3温度显示模块程序 20

5系统调试 23

5.1硬件调试 23

5.2软件调试 23

总结 24

致谢 25

参考文献 26

1绪论

1.1设计背景

在工农业生产中，温度检测及其控制占有举足轻重的地位，随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。

要达到较高的测量精度需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差等问题，使温度检测复杂化。

模拟信号在长距离传输过程中，抗电磁干扰时令设计者伤脑筋的问题，对于多点温度检测的场合，各被检测点到监测装置之间引线距离往往不同，此外，各敏感元件参数的不一致，这些都是造成误差的原因，并且难以完全清除。

单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。

采用单片机对温度采集进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控数据的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

由于科学技术的飞速发展，特别是微电子加工技术，计算机技术及信息处理技术的发展，人们对信息资源的需求日益增长，作为提供信息的传感技术及传感器愈来愈引起人们的重视，而综合各种技术的传感器技术也进入到一个飞速的发展阶段。

要及时正确地获取各种信息，解决工程、生产及科研中遇到的各种具体的检查问题，就必须合理选择和善于应用各种传感器及传感技术。

如最简单的温度的测量，有热电偶、光纤温度传感器等等。

但是，热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器。

热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。

热敏电阻器是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。

热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。

[1]正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。

随着半导体技术的不断发展，热敏电阻作为一种新型感温元件应用越来越广泛。

他具有体积小、灵敏度高、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点,最重要的是作为温度传感器的热敏电阻的灵敏度非常高，这是其他测温传感器所不能比拟的。

1.2设计的主要内容及技术指标

1.测量过程是热敏电阻随着温度的变化电阻值发生变化，然后利用精密电阻器以电压模式对热敏电阻进行线性化2.技术指标：

温度测量范围为常温，灵敏度为±0.5℃

1.3数据采集系统简单介绍

随着自动控制的发展，数据采集越来越被广泛应用传给PC机进行存储，处理，显示或打印的过程，相应的系统称为数据采集系统，可分为以下几种：

1.基于通用微型计算机的数据采集系统

将采集来的信号通过外部的采样和A/D转换后的数字信号通过接口电路送入微机内进行处理，然后再显示处理结果或经过D/A转换输出。

2.基于单片机的数据采集系统

它是由单片机及其些外围芯片构成的数据采集系统，是近年来微机技术快速发展的结果，它具有如下特点:

3.基于DSP数字信号微处理器的数据采集系统

DSP数字信号微处理器从理论上而言就是一种单片机的形式，常用的数字信号处理芯片有两种类型，一种是专用DSP芯片，一种是通用DSP芯片。

基于DSP数字信号微处理器的数据采集系统的特点如下:

精度高、灵活性好、可靠性好、容易集成、分时复用等，但其价格不菲。

经过一系列的对比以及比较本设计采用的是单片机形式的数据采集系统

2热敏电阻的温度检测装置的系统论证

2.1温度传感器的选择

测量温度的关键是温度传感器，因此需要灵敏度高、测温范围宽、稳定性好，同时还要考虑成本和实际情况。

方案一：

DS18B20数字式温度传感器，使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。

部分功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化，但是这个温度传感器适用于精密温度测量系统中。

方案二：

热敏电阻的主要特点是：

①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强．

方案三：

热电偶传感器的灵敏度,线性和温度范围是和所用的金属有关。

多年来,已经有几种热电偶成为标准,在美国,NIST公布了八种热电偶,让字母代码来识别的毫伏～温度表。

其中五种J、K、T、G和N是由碱金属合金制成,有不同的温度范围和用途,灵敏度一般是每摄氏度几十毫伏,其中三种R、S和B是用的金属白金制成的,但是这种热电偶价格昂贵，最常用于高温工作，不适合常温的测量，而且灵敏度很低。

[2]

对比之后，根据实际的应用需求，本设计采用方案二热敏电阻传感器。

2.2调理模块

方案一：

如图2.1所示是由集成运算放大器和铂热电阻构成的自动温度补偿电路。

该电路可分为阻抗变换和温度补偿两级，阻抗变换器A1是一个电压跟随器，它的作用是把来自传感器送来的与温度成比例变化的，温度补偿器A2是一个同相电压放大器，电路元件可根据同相电压放大器基本原则进行选取，这一级的作用是将阻抗变换级送来的电压信号进行放大，同时吸取来自铂热Rt送来的与温度成比例变化的电阻信号，这个电阻信号去改变放大器的灵敏度，使放大器的输入电压V0与温度无关。

但是此电路比较复杂，元器件较多，可能导致精度不够。

[3]

图2.1为自动温度补偿电路

方案二：

温度补偿还可以采用简单的查表法从电压值中查出相应的温度值。

[4]预先将一系列温度与电压对应值存贮到STC89C52微控制器程序存储器中的一个表内，当给定任意一个在测量范围中的电压值时，即可通过查表得出所对应的温度值。

本设计所采用的NTC热敏电阻所对应温度补偿表如表2.1，温度随阻值的增加而减小。

表2.1温度补偿表

R25=10KΩ精度:

±5%B25/50=3950K精度:

±1%

温度（℃）

电阻（KΩ）

温度（℃）

电阻（KΩ）

-2.00

33.80

36.52

39.35

22.00

10.83

11.43

12.03

-1.00

32.12

34.67

37.32

23.00

10.36

10.93

11.49

0.00

30.54

32.92

35.40

24.00

9.92

10.45

10.98

1.00

29.04

31.27

33.59

25.00

9.50

10.00

10.50

2.00

27.62

29.72

31.89

26.00

9.08

9.57

10.06

3.00

26.28

28.25

30.28

27.00

8.69

9.16

9.64

4.00

25.02

26.86

28.76

28.00

8.31

8.77

9.23

5.00

23.82

25.55

27.33

29.00

7.95

8.40

8.85

6.00

22.69

24.31

25.98

30.00

7.61

8.05

8.49

7.00

21.61

23.14

24.70

31.00

7.29

7.71

8.14

8.00

20.60

22.03

23.50

32.00

6.98

7.39

7.81

9.00

19.64

20.98

22.36

33.00

6.69

7.09

7.49

10.00

18.73

19.99

21.28

34.00

6.41

6.80

7.19

11.00

17.86

19.04

20.86

35.00

6.14

6.52

6.90

12.00

17.04

18.15

19.29

36.00

5.89

6.25

6.63

13.00

16.27

17.31

18.38

37.00

5.64

6.00

6.37

14.00

15.53

16.51

17.51

38.00

5.41

5.76

6.12

15.00

14.83

15.75

16.69

39.00

5.19

5.53

5.88

16.00

14.17

15.03

15.91

40.00

4.98

5.31

5.65

17.00

13.54

14.35

15.18

41.00

4.78

5.10

5.43

18.00

12.94

13.71

14.48

42.00

4.59

4.90

5.22

19.00

12.37

13.09

13.82

43.00

4.41

4.71

5.02

20.00

11.83

12.51

13.19

44.00