毕业设计论文热敏电阻测温设计.docx
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毕业设计论文热敏电阻测温设计
JIUJIANGUNIVERSITY
毕业论文(设计)
论文(设计)题目:
热敏电阻测温
ThermistorRealizationTemperatureMeasurement
院系:
电子工程学院
专业:
电子信息工程
姓名:
年级:
指导教师:
二零零六年五月
前言
温度是一个基本的物理量,几乎所有的科研和生产过程都和温度密切相关。
因而,准确地测量和控制温度,对于获得正确的科研数据和保证产品质量都是十分重要的。
例如,对于超低温物理和超高温物理现象、等离子加热技术及快速凝固技术的研究,都需要准确地测量和控制温度;又如,在金属冶炼过程中,若温度得到准确控制,则能源消耗可降低17%、劳动生产率可提高18%且金属产量可增加15%。
因此,正确地进行温度的测量与控制,对于新材料的研究与生产、促进科技的发展及生产水平的提高都具有重要的意义。
特别是在工业和农业高速发展的今天,监测并控制环境温度显的十分重要。
温度传感器是信息科学技术的重要基础元器件,热敏电阻在温度传感器中使用最为广泛。
而国内原有的热敏电阻生产厂家,由于技术、设备落后,品种不全,长期不能满足市场需要,国内市场一度被日本产品垄断。
近年,航天和海洋研究部门提出了许多在特殊环境使用的热敏电阻,例如:
高温热敏电阻、低温热敏电阻、深海测温热敏电阻等。
这种热敏电阻对我国航天和军事工业非常重要,直接影响运载火箭发射和卫星姿态控制的方法和质量。
从1996年起,为适应我国家电工业和国防任务的需求,研制成了能适合多种环境条件和用途的高性能的负温度系数热敏电阻及传感器以及相关的产业化生产技术。
本文就是利用简单传感器热敏电阻进行温度测量,采用A/D转换,和单片机控制实现温度测量,整个系统设计成本低。
摘要
热敏电阻测温是现代家电设备(例如热水器)中常用的一种技术,即用来测试外界温度。
本设计将采用传感器、数字和模拟电子、单片机技术实现温度检测和控制,再利用数码管显示温度值。
本系统由四个模块构成:
采样模块,A/D转换模块,控制模块,显示模块。
由于温度信号是一个模拟量,不能直接与单片机交换信息,要由热敏电阻进行采样,放大处理,再经过芯片ADC0809进行A/D转换,然后采用动态扫描方式驱动四位LED数码管显示。
控制模块由AT89S51提供,往AT89S51编程,用软件来实现温度控制和温度的显示.整个电路简单,在这个精度要求不太高测温系统易于实现。
[关键词]:
采样A/D转换数显温控
Abstract
Thethermistormeasuredtemperatureisonekindsoftechnologywhichcommonlyusedinthemodernelectricalappliancesequipment.Takewaterheaterasexample,itnamelyisusedtotesttheopenairtemperature.Thisdesignwillusethesensor,digitalandtheanalogelectron,themonolithicintegratedcircuittechnologyrealizationtemperatureexaminationandthecontrol,againwillusethedigitaltubedemonstrationtemperaturevalue.Thissystemconstitutesbyfourmodulescircuit:
Samplingmodule,A/Dtransformationmodule,controlmodule,demonstrationmodule.Becausethetemperaturesignalisasimulationquantity,cannotdirectlywiththemonolithicintegratedcircuitexchangeinformation,havetocarryonsamplingbythethermistor,enlargementprocessing,againcarriesonA/DtransformationbychipADC0809,thentransformselectsthedynamicscanningmethodtoactuatefourLEDnumericalcodetubedemonstration.ThecontrolmoduleprovidesbyAT89S51,towardtheAT89S51programming,realizesthetemperaturecontrolandthetemperaturewithsoftwarereveals.Theentireelectriccircuitissimple,Itiseasytorealizedinthesystemwhichisnotneedhighaccuracy.
[Keywords]:
SampleA/DtransformationdigitaltubedemonstrationTemperaturecontrol
前言………………………………………………………………………………….....Ⅰ
摘要………………………………………………………………………………….....Ⅱ
Abstract………………………………………………………………………….…III
(一)系统设计………………………………………………………………...…2
1.1热敏电阻测温简介………………………………………………………….…...2
1.2设计任务和要求………………………………………………………………....3
1.3总设计方案………………………………………………………………..……..3
(二)采样模块…………………………………………………………………...4
2.1传感器的选择...........................................................................................……….4
2.2测温电路的组成………………………………………………………………...4
2.2.1采样电路………………………………………………………………………..5
2.2.2放大电路………………………………………………………………………..6
(三)转换模块……………………………………………………………………….7
3.1A/D转换电路设计…………………………………….……………………..…7
3.2主要性能………………………………………………………………………..8
(四)显示模块……………………………………………………………..…….9
4.1数码管驱动……………………………………………………………………...9
4.3设计优点………………………………………………………………………...10
(五)软件设计…………………………………………………………………...11
5.1主程序流程图…………………………………………………………………….11
5.2子程序流程图………………………………………………………………….....12
结束语………………………………………………………………………………..13
附页………………………………………………………………………….……….14
致谢………………………………………………………………….……………..…19
参考文献………………………………………………………………….…………19
(一)系统设计
1.1热敏电阻测温简介
热敏电阻是温度传感器中运用最为广泛的器件。
本设计就是用热敏电阻测量外界温度,其原理是把温度信号转换为电压信号,其输出电压直接与带有ADC的处理器接口相连进行A/D转换,然后通过四位数码管显示被测环境温度。
一般特性
测量对象:
环境温度
采样速度:
约每秒一次
显示:
四位八段数码管显示
1.2设计任务和要求
温度是工业生产中常见的和最基本的参数之一,在生产过程中常需对温度进行检测和监控。
采用微型机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制,对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。
为此,我设计了一种采用AT89S51单片机进行温度测量的系统,设计要求:
(1)通过对热敏电阻特性的分析,建立温度到电阻,电阻到可测参量的转换关系,实现温度的测温功能。
(2)测温范围为0~80℃,灵敏度为50mV/℃
(3)以某一种形式显示温度值
1.3总体设计方案
(1)设计思路
(a)用热敏电阻对环境温度进行采样,热敏电阻将温度的变化转为电阻的变化,电阻是不易测量,设计电桥将电阻转换为电压模拟量,再将电压进行放大处理。
(b)将模拟信号送入A/D转换器,即ADC0809进行处理,由AT89S51软件编程控制,动态驱动四位数码管显示。
(c)显示电路采用动态显示,由于动态显示可以简化硬件电路,降低成本在电路板上容易实现。
我采用四位数码管显示,使之能达到显示范围。
(2)设计原理
该热敏电阻测温由热敏电阻NTC103D等组成的电桥把温度信号转换为电压信号,然后进行放大,放大后将其输出电压直接与ADC0809接口相连,由AT89S51控制进行A/D转换。
最后A/D变换后数字信号也由单片机AT89S51处理后,直接驱动数码管显示被测环境温度。
这就是我设计的热敏电阻测温原理。
(3)原理框图
图1-1
(二)采样模块
2.1传感器的选择
在选择温度传感器时,应考虑的主要因素有温度测量范围、精度、响应时间、稳定性、线性度和灵敏度。
目前,应用最广泛的温度传感器是热电偶、热电阻、热敏电阻和PN结型温度传感器。
热敏电阻由钴、锰、镍等金属的氧化物以不同配方高温烧结而成,包括正温度系数热敏电阻(PTC),负温度系数热敏电阻(NTC)和在某一特定温度下电阻值会发生突变的临界温度电阻器(CTR),在温度测量中主要采用NTC和PTC,尤其NTC应用较多。
热敏电阻的阻值随温度变化而迅速变化,且阻值较大,如应用于野外测量,几十欧的引线电阻对测量影响较小,可忽略不计,非常适合测量微弱温度变化。
但是非线性严重,使用时必须进行线性化处理。
由于本系统测量中考虑价格等多种因素,选用NTC型热敏电阻较为合适。
2.2测温电路的组成
2.2.1采样电路
由于温度是一个不易测量,必须运用传感技术,将不易测量转换为可测信号。
本设计运用了热敏电阻将温度变化转换在电阻的变化,又应电阻的变化是很难测量出来的,所以必须把电阻转换为电压,在采样电路中我运用了一个惠斯顿电桥实现了这个转换。
图2-1
在图2-1惠斯顿电桥中两端的稳定电压为E,R2,R3为固定电阻,Rp为可变电阻,Uout为电桥输出电压,当Uout=0时,电桥属于平衡状态,此时有
:
(1)
当Uout不为零时,电桥属于不平衡状态,则有
(2)
在一定条件下,调整电桥达到平衡状态,有
(1)式可见,此时电桥的平衡状态与电源无关;当外界条件改变时,传感
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