基于单片机的数字温度计设计【文献综述】

文献综述
电子信息工程
基于单片机的数字温度计设计
一.摘要:随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的U标之
一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数字温度计就是一个典 型的例子,用单片机和温度传感器来实现温度测温是数字温度设计的一 大亮点。随着单片机的飞速发展,功能变得越来越强大9可以实现很多 电路系统的设计。基于单片机的数字温度计系统就是一个很好的例子, 将温度传感器与单片机最小系统相连,通过LED数码管或液晶显示屏显 示出来,可以直观、方便、快速的测量温度。单片机通过编写程序亦可 实现时钟显示、定时闹铃等其他功能,满足人们的需求。
二、关键字:数字温度计、温度传感器、单片机
三、仁数字温度计的研究背景和意义
温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域,尤其在热学试验(如: 物体的比热容、
汽化热、热功当量.压强温度系数等教学实验)中,有特别®要 的意义。传统所使用的温度计通常都是精度为TC049的水银、煤油或酒精 温度计。这些温度•的刻度间隔通常都很密,不容易准确分辨,读数困难,而且 他们的热容ft还比较大,达到热平衡所需的时间较长,因此很难读准,并且使用 非常不方便。数字温度计与传统的温度计相比,具有读数方便,测温范W广,测 温准确等优点,其输出温度釆用数字显示,主要用于对测温比较准确的场所,或 科研实验室使用。目前温度计的发展很快,从原始的玻璃管温度计发展到了现在 的热电阻温度计、热电f3i温度计、数字温度计、电子温度计•等等,温度计中传感 器是它的重要组成部分,它的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范M、 控制范围和用途等。传感器应用极其广泛,日前己经研制出多种新型传感器。但 是,作为应用系统设讣人员需要根据系统要求选用适宜的传感器,并与自己设计 的系统连接起来,从而构成性能优ft的监控系统。
20世纪90年代中期最早推出的数字温度传感器,采用的是8A/D转换
器,其测温稱度较低,分辨力只能达到U前,国外已相继推出多种高速度、 高分辨力的数字温度传感器,所用的是912A/D转换器,分辨力一般可达
0. 50. 0625^0 III美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力数字温
度传感器,能输出13位二进制数据,其分辨力高达0・03125°C,测温精度为
±0・2°C。为了提高多通道数字温度传感器的转换速率,也有的芯片釆用高速逐
次逼近式A/D转换器。以AD78175通道数字温度传感器为例,它对本地传感 器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27 PS9uso Maxim公司生产的
DS1620, DS1620是直接数字输出的温度传感器,采用DS1620不需要在esensoftAT89S51
系统中扩展A/D转换器,因此可以降低电路的复杂性。DS1620是一片8引脚的 片内建有温度测量并转换为数字值的集成电路,他集温度传感、温度数据转换与 传输、温度控制等功能于一体。测温范ffl: -55+1259,精度为0.5C。该芯
片非常容易与单片机连接,实现温度的测拎应用,单独做温度控制器使用时,可 不用外加其他辅助元件。DS1620永吉四中可把测得的温度用9位的数据表示出来,同时, 本身还有3个温度报警输出,因此在恒温箱、温度计及其它对温度敬感的系统中 得到了广泛的应用。
2・数字温度计的研究现状
温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段:传统的分立式温度传感器(含 敬感元件八主要是能够进行非电量和电量之间转换;模拟集成温度传感器/控制 器;数字温度传感器。目前,国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、山集 成化向智能化、网络化的方向发展。
硝烟岁月传统的分立式温度传感器一一热电偶传感器:热电偶传感器是工业测量中 应用最广泛的一种温度传感器,它与被测对象直接接触,不受中间介质的影响, 具有较高的精度;测量范ffl广,可从-50'160(rC进行连续测量,特殊的热电偶如 金铁一银㈱ 最低可测到-269°C,钩一铢最高可达2800°C
模拟集成温度传感器:集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的,因此 亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代 问世的,它将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出等
功能。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、 价格低
、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等,适合远距离测温,不需 要进行非线性校准,外W电路简单。
数字温度传感器是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算 机技术和自动测试技术的结晶。目前,国际上已开发出多种数字温度传感器系列 产品。数字温度传感器内部包含温度传感器、ixosA/D传感器、信号处理器、存储器
萧振高中跳楼事件(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机 存取存储器(RAM)和只读存储器(R0H)。数字温度传感器能输出温度数据及相 关的温度控制量,适配各种微控制器(MCU),并且可通过软件来实现测试功能, 即智能化取决于软件的开发水平。数字温度传感器包括数字温度传感器和石英温 度传感器。数字温度传感器被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各 种温度控制系统中。用石英作为温度传感器的数字温度计可实现多种功能:用于 热化疗仪中对药液的温度进行测量,能获得较好的测温效果;用于温度检测系统, 测温系统可用于各行各业中。比如:可用于温室大棚的温度检测,当温度过高就 产生报警信号:在轮胎生产中,进行的温度检测。
3・数字温度计的发展方向
进入21世纪后,数字温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高 可黑性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的 方向迅速发展。
提高测温精度和分辨力:20世纪90年代中期最早推出的数字温度传感器, 采用的是8A/D转换器,其测温精度较低,分辨力只能达到rCo U前,国外
已相继推出多种高速度、高分辨力的数字温度传感器,所用的是登封告成铝厂爆炸912A/D 转换器,分辨力一般可达0.5-0. 0625^Co山美国DALLAS半导体公司新研制的
DS1624型高分辨力数字温度传感器,能输出13位二进制数据,其分辨力高达 0. 03125^,测温精度为土0・2°C。为了提高多通数字能温度传感器的转换速率,
也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。以AD78175通道数字温度传感 器为例,它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27US. 9USO
增加测试功能:新型数字温度传感器的测试功能也在不断增强。例如,
DS1629型单线数字温度传感器增加了实时日历时钟(RTC),使其功能更加完善。
DS1624还增加了存储功能,利用芯片内部256字节的E2PR0M存储器,可存储用
户的短信息。另外,数字温度传感器正从单通道向多通道的方向发展,这就为研 制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。数字温度传感器都具有多种工作模 式可供选择,主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式,有的还增加了 低温极限扩展模式,操作非常简便。对某些数字温度传感器而言,主机(外部微 处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率(典型产品为
MAX6654),分辨力及最大转换时间(典型产品为DS1624)o数字温度控制器是在
数字温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有DS1620DS1623TCN75LM76
MAX6625o数字温度控制器适配各种微控制器,构成数字化温控系统:它们还可
以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪。
总线技术的标准化与规范化:日前,数字温度传感器的总线技术也实现了标 准化、规范化,所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线 和spl总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。
可黒性及安全性设iTM专统的A/D转换器大多采用积分式或逐次比较式转换 技术,其噪声容限低,抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传
感器(例如 TMP03/04. LM74
LM83)普遍采用了高性能的为一 △式A/ D转换器,它能以很高的釆样速率和
很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号,再利用过采样、噪声整形和数字 滤波技术,来提高有效分辨力。S-AA/D转换器不仅能滤除量化噪声,而 且对外W元件的精度要求低;由于采用了数字反馈方式,因此比较器的失调电压 及零点漂移都不会影响温度的转换精度。这种数字温度传感器兼有抑制串模干扰 能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。为了避免在温控系统受到噪声干
扰时产生误动作,在AD7416/7417/7817LM75 / 76MAX6625 / 6626等数字温度
传感器的内部,都设置了一个可编程的“故障排队(fAultqueue) ”讣数器,专用
于设定允许被测温度值超过上、下限的次数。仅当被测温度连续超过上限或低于 下限的次
数达到或超过所设定的次数n(n=r4)时,才能触发中断端。若故障次 数不满足上述条件或故障不是连续发生的,故障计数器就复位而不会触发中断 端0这意味着假定n=3时,那么偶然受到一次或两次噪声干扰,都不会影响温控 系统的正常工作。LM76型数字温度传感器增加了温度窗口比较器,非常适合设
11 •一个符合 ACPI (Advanced Configuration And Power Interface.即"先进配
置与电源接口”)规范的温控系统。这种系统具有完善的过热保护功能,可用来 监控笔记本电脑和服务器中CPU及主电路的温度。微处理器最高可承受的工作温 度规定为tH,台式计算机一般为75C,高档笔记本电脑的专用CPU可达lOOC
一旦CPU或主电路的温度超出所设定的上、下限时,INT端立即使主机产生中 断,再通过电源控制器发出信号,迅速将主电源关断起到保护作用。此外,当温 度超过CPU的极限温度时,也能直接关断主电源,并且该端还可通过独立的硬件 关断电路来切断主电源,以防主电源控制失灵。上述三重安全性保护措施已成为 国际上设计温控系统的新观念。
为防止因人体静电放电(ESD)而损坏芯片。一些数字温度传感器还增加了

本文发布于:2024-09-24 22:34:53,感谢您对本站的认可!

本文链接:https://www.17tex.com/xueshu/96205.html

版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。

留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:
Copyright ©2019-2024 Comsenz Inc.Powered by © 易纺专利技术学习网 豫ICP备2022007602号 豫公网安备41160202000603 站长QQ:729038198 关于我们 投诉建议