温度传感器的应用技术（精选12篇）
温度传感器的应用技术 篇1
0 引言
单总线技术是美国Dallas半导体公司近年推出的新技术。它将地址线、数据线、控制线合为1根信号线,允许在这根信号线上挂接数百个单总线器件芯片。基于单总线的每个芯片内部均有1个出厂前被光刻好的64位ROM序列号,它可以看作是该芯片的地址序列码。光刻ROM的作用是使每个“单总线”器件的地址都各不相同,这是定位和寻址器件实现单总线测控功能的前提条件,并以此为依据实现1根总线上挂接多个“单总线”芯片。芯片内部集成有收发控制电路和电源存储电路。与微处理器的接口非常简单,可节省大量的引线和逻辑电路。芯片的耗电量很小,从总线上“偷”一点电(空闲时几μW,工作时几mW)存储在片内的电容中就可正常工作,一般不用另附电源。最可贵的是这些芯片在检测点已把被测信号数字化了,因此在单总线上传送的是数字信号,这使得系统的抗干扰性能好,可靠性高,传输距离远。本文介绍单总线芯片DS18B20在多点温度测控系统中的应用。
1 系统框图
系统的硬件结构框图如图一所示。该系统有五部分组成,核心器件是AT89C2051。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机,单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,是一种高效微控制器。温度采集使用的是Dallas公司生产的芯片DS18B20。
1.1 DS18B20的功能结构[1]
DS18B20是美国DALLAS公司推出的新一代单总线式数字温度传感器,测温范围为-55～125℃,在-10～85℃范围内保持±0.5℃的精度;通过编程可实现9～12位的数字直读数方式;在93.75 ms和750 ms内将温度值转化为9位或12位的数字量;自定义、非易失性报警温度值;报警查询命令能使主机辨别、定位超限温度点。
内部结构如图二所示。DS18B20有4个主要的数字部件:(1)64位激光ROM,用于存储器件特有的序列号。开始8位是产品类型标号,DSl8B20为28H,接着的48位是该芯片自身的序列号,用以保证在同类芯片中的唯一性。最后8位是前面56位的循环冗余校验码,以确保数据传输的可靠性;(2)温度传感器DS18B20是直接数字式高精度温度传感器,其内部含有两个温度系数不同的温敏振荡器,其中低温度系数振荡器相当于标尺,高温度系数振荡器相当于测温元件,通过不断比较两个温敏振荡器的振荡周期得到两个温敏振荡器在测量温度下的振荡频率比值。根据频率比值和温度的对应曲线得到相应的温度值。这种方式避免了测温过程中的A/D转换,提高了温度测量的精度;(3)非易失性EEPROM存储器;(4)暂存器。暂存器中2字节用于存储温度传感器测得的温度值,2字节用于存储上下限报警温度(当测得的温度值超过这个范围时就会竖起一个报警标记,用于对报警搜索命令产生响应),1字节用于配置寄存器。配置寄存器使用户可以按需要选择9、10、11、12位4种不同的分辨率。TH、TL和配置寄存器中的数据可以存入非易失性EEPROM中,器件断电时数据不会丢失,下次上电时会自动复制到暂存器中。
DS18B20有五条ROM操作命令和六条存储器操作命令,其中存储器操作命令如表一所示。
1.2 DS18B20与微机的链接
DS18B20的管脚排列如图三所示。其中,NC为空引脚,不连接外部信号;VDD为接电源引脚,电源供电3.0～5.5V;GND接地;DQ为数据的输入和输出引脚。
DS18B20与AT89C2051的链接如图四所示,采用的是寄生供电模式,此时Vcc、GND接地,DQ接单片机I/O。这样就省去系统总线中的电源线,由数据线为单总线器件提供电能,从而使系统总线由3根变为2根,方便了现场布线。为了保证单总线的闲置状态为高电平,单总线要求外接一个约4.7kΩ左右的上拉电阻。对于寄生供电模式,一般情况下通过数据线可以为DS18B20正常工作提供充足的电能。然而,当进行EEPROM拷贝或温度转换操作时,电流将会达到1.5mA,这么大的电流会通过上拉电阻引起电压不期望的降低。为保证提供充足的电流,当进行EEPROM拷贝或温度转换操作时,需要给数据线电平提供一个强制上拉,用MOS管把数据线直接拉到电源上就可以实现[2]。
从原理上来说,可以将多个传感器都挂接在一根总线上,但实际上一根总线上挂接的传感器数目超过8个时就要计算总线的驱动能力(指一般驱动能力的总线)。为此,系统采用从单片机的P3.4、P3.5两个引脚连接DS18B20芯片。
2 数字温度传感器DS18B20的软件编程
以数字温度传感器DS18B20为核心的单总线分布式测温系统硬件电路简单,现场安装方便,但它以相对复杂的软件编程为代价。在编写程序的过程中必须严格遵守DS1820的时序与时隙要求,严格遵守主CPU对DS18B20的访问流程[3]。这里的DS18B20编程包含数字温度传感器DS1820的序列号搜索、启动温度转换、读取在线温度。
(1)数字温度传感器DS18B20序号的获取
系统工作之前,应先读出ROM中数字温度传感器DS18B20的序号。每一个DS18B20在其ROM中存有唯一的64位序列号,一个系统中如使用N片(N≥2)的DS18B20,则在使用前必须编一个小的程序识别其序列号,并赋予它在系统中的编号。
(2)启动DS18B20进行温度转换程序
图五为启动DS18B20进行温度转换的程序流程图。包含三个模块,第一是初始化模块:对单总线上的温度传感器DS18B20的操作是从初始化开始的,初始化时序由主机发出的复位脉冲和一个或多个从机发出的应答脉冲组成。主机接收到从机的应答脉冲后,说明有单总线器件已准备就绪;如果需要对DS18B20的温度报警寄存器(TH、TL)设置,也在初始化模块中以指令字4EH进行。第二模块是跳读ROM[命令字CCH]模块:单片机将要发出的启动温度转换指令是对总线上所有的DS18B20,而不论它的器件序号(此后,匹配ROM指令再逐一读出每个器件的温度数据)。第三模块是启动温度转换[命令字44H]:总线上所有的DS18B20开始进行温度转换,经过200 ms左右,DS18B20将转换结果存于RAM的0号和1号字节中,供单片机读取。
(3)读取在线DS18B20转换温度值
图六为读取在线DS18B20转换温度值的程序流程图,N为在线的DS18B20个数。由于多个数字温度传感器DS18B20在线,在读某一个传感器温度值时,首先要发出匹配ROM指令[命令字55H]。这时,信号线上所有的DS18B20温度传感器都进行编码匹配,只有一致的DS18B20才被激活,可以接受内存访问命令。然后读取温度数据,设定温度报警值。
3 结束语
多点温度检测系统的下位机采用89C2051单片机,温度检测使用基于单总线协议的DS18B20,使得系统硬件简单、可靠,成本低,但软件编程比较复杂、繁琐。本文主要介绍了DS18B20的结构、与单片机的接口及编程流程图,对于系统中的其他部分可以应用其他相关知识。
参考文献
[1]DSl8B20Data Sheet[Z].DALLAS SEM ICONDUCTOR,2001.
[2]董炜,王俊杰,杨士元.单总线测温系统[J].自动化仪表,2005,(6):27-30.
[3]李钢,赵彦峰.1一Wire总线数字温度传感器DS18B20原理及应用[J].现代电子技术,2005,(21):20-23.
温度传感器的应用技术 篇2
和实现过程。整个设计包括使用AD590的模拟温度采集传感器专用仪表放大 器AD620的信号处理系统由ADC0804构成的模数转换电路采用AT89C52组 成的单片机系统数码管显示系统和整机所需的供电系统。
关键字温度检测系统AD590AT89C52
Ⅰ Abstract The temperature check system in modern industry is that uses some special method to process and display the environmental temperature.Tradition uses PTC or NTC resistance to be using process to there be existing much defects as the temperature sensor way, supposes that what be detected the temperature has a bad accuracy, systematic reliability is bad, has much difficulties to design, and the cost of e ntire system is expensive.To use this method already unable satisfied modern industry produces the need being hit by the high-accuracy temperature under the control.Use the special temperature transducer could improve the systematic function of temperature detecting.This article elaborated the high-accuracy temperature having set forth a because of special temperature transducer AD590 checks the main body of a book systematically designing and realizing process.Entire design is included: Use the AD590 temperature transducer to detect the analog temperature, instrumentation amplifier AD620 signal process system, change the analog signal to digital signal circuit of ADC0804, the AT89C52 MUC system and the power system.Key wordtemperature check systemAD590AT89C52
Ⅱ 目录 摘 要.............................................................Ⅰ
Abstract............................................................Ⅱ 目 录.............................................................Ⅲ 1 绪论..............................................................1 1.1简介..........................................................2 1.2 温度控制系统的国内外现状......................................2 1.3 温度控制系统方案..............................................2 1.4 论文的主要任务和所做的工作....................................2 2设计方案以及论证..................................................4 2.2 温度传感部分..................................................4 2.3 A/D转换部分..................................................5 2.4数字显示部分..................................................6 3 电路设计.........................................................8 3.1 硬件电路设计.................................................8 3.1.1 温度采集电路...............................................8 3.1.2 AD转换电路.................................................8 3.1.3 单片机电路.................................................10 3.1.4 显示电路...................................................14 3.1.5 电源电路...................................................16 3.2 软件系统设计.................................................16 3.2.1 主程序设计.................................................16 3.2.2 AD转换程序.................................................17 3.2.3 温度采样...................................................18 3.2.4温度标度转换算法...........................................19 3.3 特殊元器件介绍..............................................22 4 总结.............................................................24 参考文献.........................................................25 附录.............................................................26
1 绪论
1.1 简介 当代社会温度检测系统被广泛应用于社会生产、生活的各个领域。业、环境检测、医疗、家庭等多方面均有应用。同时单片机在电子产品中的应用 已经越来越广泛。
在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。目前温度测量系统种类 繁多功能参差不齐。有简单的应用于家庭的如空调电饭煲、太阳能热水器 电冰箱等家用电器的温度进行检测和控制。采用AT89C51单片机来对温度进行 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 控温度的技术指标从而能够大大提高产品的质量和数量。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为自动化和各个测控领域中广
在工 泛应用的器件在日常生活中成为必不可少的器件尤其是在日常生活中发挥的 作用也越来越大。因此单片机对温度的控制问题是一个日常生活中经常会遇到 的问题。
本论文以上述问题为出发点设计实现了温度实时测量、显示、控制系统。以AD590为采集器AT89S51为处理器空调相应电路为执行器来完成设计任务 提出的温度控制要求。设计过程流畅所设计的电路单元较为合理。该设计在硬 件方案设计单元电路设计元器件选择等方面较有特色。1.2 温度控制系统的国内外现状 通过网上查询、翻阅图书了解到目前国内外市场以单片机为核心的温度控制
系统很多而且方案灵活且应用面比较广可用于工业上的加热炉、热处理炉、反应炉在生活当中的应用也比较广泛如热水器室温控制农业中的大棚温 度控制。以上出现的温度控制系统产品根据其系统组成、使用技术、功能特点、技术指标。选出其中具有代表性的几种如下
1.虚拟仪器温室大棚温度测控系统在农业应用方面虚拟仪器温室大棚温度
测控系统是一种比较智能经济的方案适于大力推广改系统能够对大棚内的 温度进行采集然后再进行比较通过比较对大棚内的温度是否超过温度限制进 行分析如果超过温度限制温度报警系统将进行报警来通知管理人员大棚内 的温度超过限制大棚内的温控系统出现故障从而有利于农作物的生长提高 产量。本系统最大的优点是在一台电脑上可以监测到多个大棚内的温度情况从
而进行控制。该系统LabVIEW虚拟仪器编程通过对前面板的设置来显示温室大 棚内的温度并进行报警进而对大棚内温度进行控制。该系统有单片机温度
传感器串口通信和计算机组成。计算机主要是进行编程对温度进行显示、报警和控制等温度传感器是对大棚内温度进行测量显示单片机是对温度传 感器进行编程去读温度传感器的温度值并把半温度值通过串口通信送入计算 机串口通信作用是把单片机送来的数据送到计算机里起到传输作用。2.电烤箱温度控制系统
该方案采用美国TI公司生产的FLASH型超低功耗16位单片机MSP430F123 为核心器件通过热电偶检测系统温度用集成温度传感器AD590作为温度测量 器件利用该芯片内置的比较器完成高精度AD信号采样根据温度的变化情况 通过单片机编写闭环算法从而成功地实现了对温度的测量和自动控制功能。其 测温范围较低,大概在0-250之间具有精度高相应速度快等特点。3.小型热水锅炉温度控制系统
该设计解决了北方冬季分散取暖采用人工定时烧水供热耗煤量大浪费人
力温度变化大的问题。设计方案硬件方面采用MCS-51系列8031单片机为核心 扩展程序存储器2732 AD590温度检测元件测量环境温度和供水温度ADC0809 进行模数转换同向驱动器7407、光电耦合器及9103的功放完成对电机的控制。软件方面建立了供暖系统的控制系统数学模型。本系统硬件电路简单,软件程序 易于实现。它可用于一台或多台小型取暖热水锅炉的温度控制,可使居室温度基 本恒定,节煤,节电,省人力。1.3 温度控制系统方案 结合本设计的要求和技术指标通过对系统大致程序量的估计和系统工作速
度的估计考虑价格因素。选定AT89S51单片机作为系统的主要控制芯片8 位模数转换器AD0804采用AD509进行温度采集温度设定范围为-10℃~ 45℃ 通过温度采集系统对温度进行采集并作A/D转换再传输给单片机。以空调 机为执行器件通过单片机程序完成对室内温度的控制。1.4 论文的主要任务和所做的工作 本论文主要是完成一种低成本、低价格、功能齐全、及温度测量、温度显示、温度控制于一体的单片机温度控制系统的理论设计。包括硬件电路和主要的软件 设计。
研究的关键问题是室温的精确测量温度采集器AD590温度控制电路设 计单片机与A/D转换电路、显示电路以及软件设计。
根据本设计所要完成的任务本论文完成了如下工作 1介绍了研究和设计的背景和意义调查并综述了当前温度控系统市场的国内外 现状 提出了符合设计要求的高精度温度控制系统方案并阐述了其工作原理。3 完成了硬件电路的设计它包括温度采集系统电路包含89S51单片机模数 转换器ADC0804等芯片的接口电路通过AD590实现的温度控制采集电路;键盘接口和LED显示电路。基本完成了软件部分设计它包括主程序流程图A/D转换子程序显示子程 序主程序清单。2设计方案以及论证
2.1设计方案 经过查阅国内外相关资料现代工业控制的温度采集系统虽然传感器种类不 同但总体框架比较类似。通过仔细比较绘制出整体框架图如下
2.2 温度传感部分 方案1 基于PTC或NTC电阻的设计
热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。热敏电阻由
半导体陶瓷材料组成 利用温度引起电阻变化。若电子和空穴的浓度分别 为n、p迁移率分别为μn、μp则半导体的电导为
σ=qnμn+pμp
因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数所以电导是温度的函数 因此可由测量电导而推算出温度的高低并能做出电阻-温度特性曲线这 就是半导体热敏电阻的工作原理
热敏电阻包括正温度系数PTC和负温度系数NTC热敏电阻以 及临界温度热敏电阻CTR。
使用热敏电阻设计而成的温度检测系统利用“惠更斯”电桥提取出 温度的变化然后通过高共模抑制比的仪表放大器将信号放大把模拟信 号信号送入模数转换电路进行模拟到数字信号的转变从而将信号送入单 片机进行处理最终由数码管显示出当前的温度值。整体框图如下 但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差不适用于检测小于1 ℃的信号而
且线性度很差不能直接用于A/D转换应该用硬件或软件对其进行线性化补偿。
方案2
采用集成温度传感器如常用的AD590和LM35。
AD590是电流型温度传感器。这种器件是以电流作为输出量指示温度其典 型的电流温度敏感度是1μA/K.它是二端器件使用非常方便作为一种高阻电 流源他不需要严格考虑传输线上的电压信号损失噪声干扰问题因此特别适合 作为远距测量或控制用。另外AD590也特别适用于多点温度测量系统而不必 考虑选择开关或CMOS多路转换开关所引起的附加电阻造成的误差。
由于采用了一种独特的电路结构并利用最新的薄膜电阻激光微调技术校 准使得AD590具有很高的精度。并且应用电路简单便于设计。
方案选择选择方案2。理由电路简单稳定可靠无需调试与A/D连接 方便。2.3 A/D转换部分 模/数转化器是一种将连续的模拟量转化成离散的数字量的一种电路或器件 模拟信号转换为数字信号一般需要经过采样保持和量化编码两个过程。针对不同 的采样对象有不同的A/D转换器ADC可供选择其中有通用的也有专用的。有些ADC还包含有其他功能在选择ADC器件时需要考虑多种因素除了关键参 数、分辨率和转换速度以外还应考虑其他因素如静态与动态精度、数据接口 类型、控制接口与定时、采样保持性能、基本要求、校准能力、通道数量、功耗、使用环境要求、封装形式以及与软件有关的问题。ADC按功能划分可分为直接 转换和非直接转换两大类其中非直接转换又有逐次分级转换、积分式转换等类 型。
A/D转换器在实际应用时除了要设计适当的采样/保持电路、基准电路和
多路模拟开关等电路外还应根据实际选择的具体芯片进行模拟信号极性转换等 的设计。
方案1采用分级式转换器这种转换器采用两步或多步进行分辨率的闪烁 式转换进而快速地完成“模拟-数字”信号饿转换同时可以实现较高的分辨 率。例如在利用两步分级完成n位转换的过程中首先完成m位的粗转换然后 使用精度至少为m位的数/模转换器ADC将此结果转换达到1/2的精度并且与 输入信号比较。对此信号用一个k位转换器k+m<=n转换最后将两个输出结 果合并。
方案2采用积分型A/D装换器如ICL7135等。双积分型A/D转换器转换 精度高但是转换速度不太快若用于温度测量不能及时地反应当前温度值 而且多数双击分型A/D转换器其输出端多不是而二进制码而是直接驱动数码管 的。所以若直接将其输出端接I/O接口会给软件设计带来极大的不方便。方案3采用逐次逼近式转换器对于这种转换方式通常是用一个比较输 入信号与作为基准的n位DAC输出进行比较并进行n次1位转换。这种方法类 似于天平上用二进制砝码称量物质。采用逐次逼近寄存器输入信号仅与最高位 MSB比较确定DAC的最高位DAC满量程的一半。确定后结果0或1 被锁存同时加到DAC上以决定DAC的输出0或1/2。
逐次逼近式A/D转换器如ADC0804、AD574等其特点是转换速度快精 度也比较高输出为二进制码直接接I/O口软件设计方便。由于ADC0804 设计时考虑到若干种模/数转换技术的优点所以该芯片非常适合于过程控制、微控制器输入通道的结合口电路、智能仪器和机床控制等应用场合并且价格低 廉降低设计成本。
方案选择选择方案3。理由用ADC0804采样速度快配合温度传感器应 用方便价格低廉降低设计成本。 2.4 数字显示部分 通常用的LED显示器有7段或8段“米”字段之分。这种显示器有共阳极和
共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起通常此公共阴 极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时发光二极管点亮相应的段被显 示。同样共阳极LED显示器的工作原理也一样。方案1采用静态显示方式。在这种方式下各位LED显示器的共阳极或 共阴极连接在一起并接地或电源正每位的段选线分别与一8位的锁存器 输出相连各个LED的显示字符一旦确定相应锁存器的输出将维持不变直到 显示另一个字符为止正因为如此静态显示器的亮度都较高。若用I/O口接口 这需要占用N*8位I/O口LED显示器的个数N。这样的话如果显示器的个数 较多那使用的I/O接口就更多因此在显示位数较多的情况下一般都不用静 态显示。
方案2采用动态显示方式。当多位LED显示时通常将所有位的段选线相应 的并联在一起由一个8位I/O口控制形成段选线的多路复用。而各位的共阳 极或共阴极分别有相应的I/O口线控制实现各位的分时选通。其中段选线占用 一个8位I/O口而位选线占用N个I/O口N为LED显示器的个数。由于各 位的段选线并联段码的输出对各位来说都是相同的因此同一时刻如果各 位选线都处于选通状态的话那LED显示器将显示相同的字符。若要各位LED 能显示出与本为相同的字符就必须采用扫描显示方式即在某一时刻只让某 一位的位选线处于选通状态而其他各位的位选线处于关闭状态同时段选线 上输出相应位要显示字符的段码。
方案选择选择方案2。理由非常节约I/O口亮度高节约CPU的使用 率。3 电路设计
3.1 硬件系统设计 3.1.1 温度采集电路
温度采集系统主要由AD590、AD620组成如图所示 选用温度传感器AD590AD590具有较高精度和重复性重复性优于0.1℃ 其良好的非线形可以保证优于0.1℃的测量精度利用其重复性较好的特点通
过非线形补偿可以达到0.1℃测量精度。由AD590采集到的温度信号通过AD620, 一款低功耗、高进度的仪表放大器进行线性放大在AD620的外部只需要通过 一只电阻即可将放大倍数从1-1000倍进行调整。在本电路系统中我们需要将 输出最大值和最小值调整在0-5V之间便于A/D进行转换以提高温度采集电 路的可靠性。
集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵 敏度一般为10mV/K温度0℃时输出为0温度25℃时输出为2.982V。电流输 出型的灵敏度为1 μA/K。这样便于A/D转换器采集数据。3.1.2 AD转换电路 在学习和实验过程当中对于AD转换芯片通常使用美国国家半导体公司
生产的AD0809芯片进行模拟信号到数字信号的转换。AD0809相关资料齐全 使用广泛但是对于本设计略显奢侈AD0809可以同时转换8路模拟输入但 本设计中只需要转换一路模拟输入。因此我放弃使用AD0809转而使用美国 国家半导体公司的同类产品AD0804一款与AD0809同类型的模数转换芯片。在达到系统要求的同时降低了电路的成本减小了电路的体积简化了电路的 复杂程度。 用单片机控制ADC时多数采用查询和中断控制两种方式。查询法是在单片
机把启动命令送到ADC之后执行别的程序同时对ADC的状态进行查询以检 查ADC变换是否已经完成如查询到变换已结束则读入转换完毕的数据。中断 控制是在启动信号送到ADC之后单片机执行别的程序。当ADC转换结束并向单 片机发出中断请求信号时单片机响应此中断请求进入中断服务程序读入转 换数据并进行必要的数据处理然后返回到原程序。这种方法单片机无需进行 转换时间管理CPU效率高所以特别适合于变换时间较长的ADC。本设计采用 查询方式进行数据收集。由于ADC0804片内无时钟故运用8051提供的地址锁 存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时 钟频率的1/6如果时钟频率为6MHz,则ALE信号的频率为1MHz经二分频后为 500kHz与AD0804时钟频率的典型值吻合。由于AD0804具有三态输出锁存器 故其数据输出引角可直接与单片机的总线相连。并将A/D的ALE和START脚连在 一起以实现在锁存通道地址的同时启动ADC0804转换。启动信号由单片机的写 信号和P2.7经或非门而产生。在读取转换结果时用单片机的读信号和P2.7 经或非门加工得到的正脉冲作为OE信号去打开三态输出锁存器。根据所选用的 是查询、中断、等待延时三种方式之一的条件去执行一条输入指令读取A/D 转换结果。
ADC0804是一个8位逐次逼近的A/D转换器。AD0804的转换时间为100μs。在CPU启动A/D命令后便执行一个固定的延时程序延时时间应略大于A/D 的转换时间延时程序一结束便执行数据读入指令读取转换结果。本设计选 用Motorola公司的基准源TL431产生参考电压2.50V即一位数字量对应10mV 即1℃。所以用起来很方便。具体电路如下
3.1.3 单片机电路 单片微型计算机简称单片机。它在一块芯片上集成了各种功能部件中央处
理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计数器和各 种输入/输出I/O接口如并行I/O口、串行I/O口和A/D转换器等。它们 之间相互连结构成一个完整的微型计算机。
单片机的发展经历了四个阶段第一阶段19711974年主要是美国INTEL 公司从早先的第一台MCS-4微型计算机到后来功能较强的8位微处理器
Intel8008和FAIRCHILD公司的F8微处理器。这些微处理器虽说还不是单片机 但从此拉开了研制单片机的序幕。第二阶段19741978初级单片机阶段 以INTEL公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机内集成有8位CPU并行I/O 口8位定时器/计数器寻址范围不大于4K且无串行口。第三阶段1978 1983高性能单片机阶段。在这一阶段的单片机普遍带有串行口多级中断处 理系统和16位定时器/计数器。片内ROMRAM容量加大且寻址范围可达64K 字节有的片内还带有A/D转换器接口。这类单片机有INTEL公司的MCS-51 MOTOROLA公司的6801和ZILOG公司的Z8等。其中MCS-51系列产品由于其优 良的性能价格比特别适合我国的国情MCS-51系列单片机有可能稳定相当一
段时期。现在国内的MCS-51热正在升温随着我国经济建设步伐的加大MCS-51 系列单片机必将在各个领域大显身手。第四阶段1983现在8位单片机巩 固发展及16位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面发展16位单片机及专
用单片机另一方面不断完善高档8位单片机改善其结构以满足不同用户的 需要。
MCS-51系列属高档单片机近年来INTEL公司在提高该系列产品性能方面 做了不少工作相继推出了不少新产品8052/8752/8032、低功耗的CHMOS工艺 芯片80C51/87C51/80C31、具有高级语言编程的芯片8052AH-BASIC、高性能的 C252系列等。在本次设计中我们采用了MCS-51系列中的89C51来完成产品的CPU 的功能。
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory的低电压高性能CMOS8位微 处理器俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器 的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相 兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中ATMEL的89C51 是一种高效微控制器89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式 控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
89C51的主要特性有与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命
1000写/擦循环数据保留时间10年全静态工作0Hz-24Hz三级程序存储 器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个
中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路。下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能 1 主电源引脚VCC和GND VCC40脚接+5V电压。GND20脚接地。
2 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1 和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器 ,就构成了内部
振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器当外接晶振后就构成了 自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
3 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP RST/VPD当振荡器运行时在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单 片机复位。在此引脚与VSS引脚之间连接一个约10KΩ的下拉电阻与VCC引 脚之间连接一个约10μF的电容可以保证可靠地复位。VCC掉电期间此引脚 可接上备用电源以保持内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于 规定的电平而VPD在其规定的电压范围5土0.5V内VPD就向内部RAM 提供备用电源。ALE/PROG当访问外部存储器时ALE允许地址锁存的 输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器ALE端仍然以不变的 频率周期性地出现正脉冲信号此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对 外输出的时钟或用于定时目的。然而要注意的是每当访问外部数据存储器时 将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动吸收或输出电流8个LS型的TTL 输入电路。对于EPROM型的单片机如8751在EPROM编程期间此引脚 用于输入编程脉冲PROG。PSEN此脚的输出是外部程序存储器的读选通 信号。在从外部程序存储器取令或常数期间每个机器周期两次PSEN有效。
但在此期间每当访问外部数据存储器时这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动吸收或输出8个LS型的TTL输入。EA/VPP当EA端
保持高电平时访问内部程序存储器但在PC程序计数器值超过0FFFH对 8051/8751/80C51或1FFFH对3052时将自动转向执行外部程序存储器内 的程序。当EA保持低电平时则只访问外部程序存储器不管是否有内部程序 存储器。对于常用的8031来说无内部程序存储器所以EA脚必须常接地 这样才能只选择外部程序存储器。对于EPROM型的单片机如8751在EPROM 编程期间此引脚也用于施加21伏的编程电源VPP。4 输入/输出I/0引脚P0、P1、P2、P3共32根 P0口39脚--32脚是双向8位三态I/O口在外接存储器时与地址总 线的低8位及数据总线复用能以吸收电流的方式驱动8个LS TTL负载。P1 口l脚--8脚是8位准双向I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态输入 也不能锁存故不是真正的双向I/O口。能驱动吸收或输出电流4个LS TTL 负载。对8052、8032 P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入P1.1 引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发即T2的外部控制端。对EPROM编
程和程序验证时它接收低8位地址。P2口21脚--28脚是8位准双向I/O 口。在访问外部存储器时它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。
在对EPROM编程和程序验证期间它接收高8位地址。P2可以驱动吸收或 输出电流4个LS TTL负载。P3口l0脚--17脚是8位准双向I/O口在 MCS-51中这8个引脚还用于专门功能是复用双功能口。P3能驱动吸收或 输出电流4个LS TTL负载。作为第一功能使用时就作为普通I/O口用功 能和操作方法与P1口相同。作为第二功能使用时各引脚的定义如表3.1所示。值得强调的是P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二 功能。P3口的第二功能定义 口线
引脚 第二功能 P3.0 10 RXD串行输入口 P3.1 11 TXD串行输入口 P3.2 12 INT0外部中断 0
P3.3 13 1 INT外部中断1 P3.4 14 T0 定时器0外部输入 P3.5 15 T1 定时器1外部输入
P3.6 16 WR外部数据存储器写脉冲
P3.7 17 RD外部数据存储器读脉冲
3.1.4 显示电路
显示电路采用锁存器74HC573和数码管组合的方式进行显示温度数值。数码管是单片机应用电路中常用的显示器件。每个数码管由8个发光二极管组 成。数码管有共阴极和共阳极两种类型。共阴极数码管内部8个二极管的阴极被 连接在一起和引脚com相接在使用是引脚应接低电平当数码管其余的某个引 脚接高电平则相应的发光二极管被点亮。共阳极数码管com端应接高电平当 数码管其余的某个引脚接低电平则相应的发光二极管被点亮。在使用过冲当中 我们需要在每个数码管的每一位段选上串联电阻限制导通电流来保证发光二极 管不被烧坏。本设计中选用共阳极数码管。a共阴数码管原理图 b共阳数码管原理图 1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dp9GND a bf c g d e dp a bf c g d e VCC1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dp dp9 c共阴数码管电路符号图 d共阳数码管电路符号图 锁存器
74HC573是一款高速低功耗TTL锁存器它能够锁存8位数据最高锁存17ns 变化的数据。本设计中使用一组I/O口用来传送数码管的段选同时使用该组 I/O口的高四位传送位选。这样一来可以大大提高I/O口的使用效率。同时 使用另外两个I/O口控制两个锁存器的锁存端是能段来控制锁存器的工作。关于74HC573的锁存使用说明如下图
显示总体电路如下
3.1.5 电源电路
一个优秀系统中的电源电路极为重要电源的好坏可以直接影响整机的工 作。本设计中采用线性稳压系统提供信号处理电路所需的正负15V电压和单片 机、数字电路、数码管所需的5V电压。电源系统的设计原理是通过工频变压器 将市电220V 50Hz的交流电变为双13V 50Hz的低压交流电再通过全桥整流变 为脉动的正电压经过电容滤波、78、79系列线性稳压芯片稳压最终输出稳 定的+15V、-15V和+5V直流电压供系统相应电路模块使用。电源部分电路图如下所示
3.2 软件系统设计 本系统的单片机程序使用C语言编写相比汇编语言C语言具有使用灵
活、移植性强、易于上手、方便使用、可完成高级功能等特点。3.2.1 主程序设计 程序启动后首先清理系统内存然后进行采集并通过A/D转换后传输
到单片机再由单片机控制显示设备显示现在的温度然后系统进入待机状态 等待再次检测温度。
3.2.2 AD转换程序
89S51给出一个脉冲信号启动A/D转换后ADC0809对接受到的模拟信号进 行转换这个转换过程大约需要100μs,系统采用的是固定延时程序所以在预 先设定的延时后89S51直接从ADC0809中读取数据。
主程序开始 采集温度 查询温度 调A/D程序
调显示程序 要控制温度
键盘输入设定值 和设定值比较 启动加热/降温
温度采集和比较 与设定值相等
是 N 否 是
否
3.2.3 温度采样
采样子程序流程图如图所示。
A/D入口 启动
A/D转换 查询EOC 读取转换数据 压缩BCD码 作未压缩处理
整理好的十位和个位 分别存入某地址单元
子程序结果
3.2.4温度标度转换算法
A/D转换器输出的数码虽然代表参数值的大小但是并不代表有量纲的参数
值必须转换成有量纲的数值才能进行显示标度转换有线性转换和非线性转换 两种本设计使用的传感器线性好在测量的量程制内基本能与温度成线性关系。温度标度转换程序TRAST目的是要把实际采样的二进制值转换的温度值
转换成BCD形式的温度值。对一般的线性仪表来说标度转换公式为 AX=0A+)AA0 mNN NN0 m 0X
式中0A为一次仪表的下限 Am为一次量程仪表的上限为实际测量值工程量为仪表下限所对应的数字量 Nm为仪表上限所应的数字量 NX为测量所得数字量。例如若某热处理仪表量程为200—800℃在某一时刻计算机采样得到的 二进制值U(K)=CDH则相应的温度值为 采样值起始地址送 R0 采样次数送R2 启动AD590 延时
A/D完成 所有采样结束 返回 Y N N AX=0A+)AA0 mNN NN0 m 0X=200+800-200255205=682℃
根据上述算法只要设定热电偶的量程则相应的温度转换子程序TARST
N0 很容易编写只要把这一算式变成程序将A/D转换后经数字滤波处理后的值代 入即可计算出真实的温度值。具体算法如图所示。 保护现场 R0←Am, R1 ←0A 计算 NX-N0 R0←Nm, R1 ←N0 计算 Am-0A 计算)AA0 m/NN0m R0←NX, R1 ←N0 计算 Nm-N0 计算)AA0 mNN NN0 m 0X
R2—0A AX=0A+)AA0 mNN NN0 m 0X
DATA←AX 返 回 3.3 特殊元器件介绍 温度传感器AD590 简介
AD590温度传感器是一种已经IC化的温度传感器它会将温度转换为电流 其规格如下
1、温度每增加1℃它会增加1μA输出电流
2、可测量范围为-55℃至150℃ 3、供电电压范围为+4V至+30V AD590的输出电流值说明见表。
其输出电流是以绝对温度零度-273℃为基准温度每增加1℃它会增
加1μA输出电流因此在室温25℃时其输出电流Iout=273+25=298μA。AD590温度与电流的关系 温度与电流的关系 摄氏温度 AD590电流 经10KΩ电压 0℃ 273.2 uA 2.732V 10℃ 283.2 uA 2.832 V 20℃ 293.2 uA 2.932 V 30℃ 303.2 uA 3.032 V 40℃ 313.2 uA 3.132 V 50℃ 323.2 uA 3.232 V 60℃ 333.2 uA 3.332 V 100℃ 373.2 uA 3.732 V 主要特性如下
1 流过器件的电流mA等于器件所处环境的热力学温度开尔文度 数
2AD590的测温范围为-55℃+150℃。
3AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化 电流变化1mA相当于温度变化1℃。AD590可以承受44V正向电压和20V反向 电压因而器件反接也不会被损坏。4输出电阻为710MΩ。
5精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档其中M档精度最高在-55℃ +150℃范围内非线性误差为±0.3℃。 AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均
温度的具体电路广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好常用于测温和热电偶的冷端补 AD590实际应用电路举例 分析
1AD590的输出电流I=273+TμAT为摄氏温度因此测量的电压 V为273+TμA×10K=2.73+T/100V。为了将电压测量出来又务须使输出 电流I不分流出来我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。2由于一般电源供应教多器件之后电源是带杂波的因此我们使用齐 纳二极管作为稳压组件再利用可变电阻分压其输出电压V1需调整至2.73V 3接下来我们使用差动放大器其输出Vo为100K/10K×V2-V1=T/10 如果现在为摄氏28℃输出电压为2.8V输出电压接AD转换器那么AD转换 输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。
AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均
温度的具体电路广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好常用于测温和热电偶的冷端补偿。4 总结 AT89C51单片机体积小重量轻抗干扰能力强对环境要求不高价格
低廉可靠性高灵活性好本文的温度控制系统只是单片机广泛应用于各行 各业中的一例。
设计实现了温度实时测量、显示。本设计温度控制电路具有较高的抗干扰性 实时性方案具有较高的测量精度温度控制实时性更高。在设计过程中首先 在老师的指导下熟悉了系统的工艺进行对象的分析按照要求确定方案。然后 进行硬件和软件的设计。通过设计使我掌握了微型机控制系统I/O接口的使用方 法模拟量输入/输出通道的设计常用显示程序的设计方法数据处理及线性 标度技术基本算法的设计思想。
在做毕业设计之前我对单片机的基本知识了解甚少而C语言虽是接触过 可是没有具体的设计和编辑过所以花了大量的时间去做准备工作。在老师的指 导和帮助下克服了一系列困难终于完成了本设计基于本人能力有限该设计 还有许多不足之处有待改进。
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附录 单片机应用程序 #include
温度传感器的设计与研究 篇3
【关键词】温度传感器；设计；研究
1.概述
随着高速铁路装备的发展，国家铁科院提出了对铁路高速动车装备的一系列标准化要求，针对机车上用的温度传感器也提出了一系列标配化要求，如对热感应元件、安装结构件，应用信号传递线缆等提出了标配化的要求，其中最关键的热感应元件主推Pt100铂热电阻。
铂的电阻/温度关系比较稳定，在较大的温度范围内其化学性质都不显著，即在较大的温度范围内，铂电阻都是比较稳定的。此外，铂电阻还具有很好的延展性，可以拔成细丝。即使在对精度、强度、可靠性、稳定性、复现性要求比较高的环境下，其物理化学性质也是满足相关要求的。正是因为如此，很多温度测量使用的是铂电阻温度传感器。但通常来说，常用的铂电阻温度传感器（Pt100）的0℃阻值为100Ω。典型的pt100温度/电阻特性曲线如图1所示。
图1 pt100温度/电阻特性曲线
2.铂电阻pt100温度传感器
铂电阻的工作原理是基于导体或半导体电阻值随着温度增加而增加的特性。把变化的电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或其它二次仪表上来判定温度变化。铂电阻温度传感器的精度比较高、稳定性比较好。正是因为如此，铂电阻温度传感器被广泛地应用于相关的领域中，尤其是在进行-200℃至850℃的温度测量中，通常我们将这个温度范围定义为中低温区。铂电阻温度传感器不仅被广泛应用于工业生产过程中，同时还被制成标准温度计，用于对其它温度传感器进行计量和校准。
铂电阻温度传感器可以分成两种类型，第一种是装配式铂电阻。装配式铂电阻通常包括四个部分，分别为外保护管、测温电阻、延长导线以及氧化镁。装配式铂电阻产品的整体外形比较小巧，内部结构也比较简单。但是装配式铂电阻具有较快的反应速度，反应比较灵敏，同时还具有防水抗震的功能；第二种是铠装铂电阻。铠装铂电阻同样是由四部分组成的。分别为电阻体、绝缘氧化镁、保护管以及引线。不过铠装铂电阻是将这四部分整体拉制而成的，而装配式铂电阻则是将其主要构件装配在一起。铠装铂电阻产品的内部结构比较复杂。但却具有灵敏性强、抗震性好、测温范围广、可弯曲的优点。铠装铂电阻温度传感器主要应用于环境温度测量、液体温度测量、冷冻冷藏温度测量以及电机轴瓦温度测量等。
3.测量温度原理与主要误差分析
本文中设计的温度传感器属于热电阻式温度传感器。热电阻式温度传感器进行温度测量的主要原理就是利用导体或半导体的电阻值会随温度的变化而变化。而在热电阻式温度传感器中又以铂电阻温度传感器的性能最好。铂电阻温度传感器的稳定性比较好，测量的精度最高。因此，铁路机车最普遍选用铂电阻温度传感器作为机车用温度传感器。
3.1测量原理
铂电阻温度传感器是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的温度传感器。Pt100铂电阻的温度传感器的温度测量范围为-200℃～850℃，电阻值与温度的关系如下所示：
（1）-200℃Rt=Ro[1+At+Bt2+（t-100）t3]
温度传感器的应用技术 篇4
关键词：无线射频识别,应答器,收发器,标准化
0 引言
作为一项高度自动化的信息技术,自动识别技术的应用,给各行各业带来了极大的方便。在出入控制与安全控制等方面,自动识别技术已经达到了一定的应用水平,并逐步拓展到了产业供应链以及制造工业领域方面。早在七十年代,自动识别技术就已经诞生了,我们常见的条形码技术其实就是自动识别技术的一种体现。不仅如此,近些年来射频识别技术也逐步被广大科研人员应用到自动识别系统当中。所谓的射频识别技术就是指RFID技术,本文就射频识别技术在温度传感器方面的应用进行了研究。
1 射频识别技术
在阅读器和应答器之间,我们可以通过采取射频识别技术来实现无线射频方式,确保二者之间的双向数据传输,从而达到目标识别的目的。整个识别过程无需任何人工,它可以适用于各种恶劣环境,极大的降低了人力环境,且工作效率极高。RFID能够对高速运动的物体进行识别,还可以对两个以上的标签进行识别。与自动识别系统,也就是我们常见的条形码相比,其具有很多优势,也正是由于这些优势的存在,使得其应用范围越来越大。例如其可以读写多种数据,这些数据包括定向数据,也包括不定向数据。射频识别技术还可以打破外部材料的限制,实现数据的读取,无论在什么样的恶劣环境下,都可以顺利的将工作完成好。因此在极端恶劣的情况下,我们可以应用射频识别技术,达到我们工作的目的,并尽可能地存储大量的数据信息,实现对物体的物理定位。但我们也应当意识到,射频识别技术在使用过后,其标签不能像条形码一样随意的扔掉,如果我们不能遵守这一行为准则,将会给我们的生产生活带来负面影响。电磁理论是射频技术诞生的基本原理。它利用射频信号和空间耦合传输特性来实现对物体的识别,从而实现对物体特征的了解。
2 RFID温度传感器
随着RFID技术以及传感器技术发展速度的加快,人们开始探究能否将二者有机结合在一起,应用到生活以及日常的生产过程当中,从而达到我们预期的目的。在科学研究者夜以继日的工作下,RFID温度传感器诞生了,具体来说,其可以分为两种类型:一方面为RFID标签集成传统电池支持的传感器,该标签尺寸较大,且标签制作成本较高,在应用过程中,人们逐步发现其寿命通常是由电池容量大小来决定的。另一方面是研究者将传感器集成于标签天线上,这种做法有效弥补了第一方面存在的问题,降低了传感器的成本,缩小了传感器的尺寸。作为无线传感网络的重要组成部分之一,智能性的传感器RFID更被广大人民群众所青睐。不仅如此,温度传感器还能对环境的温度予以反应,能够对温度的变化进行记录。现阶段,以CMOS工艺为基础的RFID温度传感方法存在两种典型结构:其中一种典型结构充分利用了模数转换实现了从一般信号向数字信号的转变;另外一种则是在信号转换的过程中运用时域数字量化方法。将这两种方法进行科学的对比,我们不难发现,前一种方法测量范围非常广泛,且测量成本相对较低。但值得注意的是,该种测量方式功耗越来越大。第二种,测量方式范围小,测量精度不高,但其功耗相对较低,究竟使用哪种温度计,则需要使用者从自身实际情况出发,进行科学的选择。
3 RFID温度传感器应用存在的问题
现阶段,RFID技术虽然应用到温度传感器当中,并且达到了一定的水平,但值得注意的是,该技术还远未达到大规模应用的地步,造成这种现象的主要原因在于以下几个方面:从技术角度上来说。阻碍RFID温度传感器应用的最主要原因就是成本和标准问题。虽然现阶段RFID温度传感器成本已经下降了很多,但其价格仍然居高不下,导致温度传感器难以更为广泛的应用。这一问题需要我们给予高度的重视。标准不统一也是制约RFID温度传感器发展的重要因素,各个厂家各自为政,都推出了成本相对较低的产品,但由于产品互不相容,这就给将来的RFID温度传感器的互通和发展埋下了隐患。不仅如此,目前我国相关的技术标准和质量标准也没有统一,这就加大了RFID温度传感器应用推广的难度。
4 RFID温度传感器应用对策
首先,科研人员必须采取有效措施降低成本。众所周知,若想降低成本,就必须突破技术,加大RFID温度传感器领域的先期投资力度,从而做到以市场需求为导向,引导RFID温度传感器的发展。其次,一个企业家应当充分意识到RFID温度传感器为其带来的经济效益及社会效益,在今后的工作过程中不断降低成本,实现经济效益的最大化。企业也可以将RFID温度传感器应用在一些高附加值的产品上,而对于那些低附加值的产品,则可以实现数个产品同时应用在一个RFID温度传感器上。再次,政府应当积极主动地融入到RFID温度传感器统一标准的建立当中,科学统一标准的建立,离不开政府的参与。政府部门一方面可以和相关的企业和组织协商,制定符合自身发展情况的标准。另一方面也应当同其他国共同协商,建立有利于中国市场的国际标准。只有在这种情况下,RFID温度传感器才能够真真正正地建立起来。最后,对于标签的回收问题,可以落实到责任人,秉持谁获益谁负责的原则,实现标签回收。
5 结束语
总而言之,RFID温度传感器自应用以来,就得到了广大人民群众的青睐,逐步被应用到各行各业中,但我们也应当意识到,RFID温度传感器自应用以来也暴露出了一些问题,面对这些问题,我们要做的不是气馁,而是应当采取有效措施将这些问题解决掉,避免此类问题发生在RFID温度传感器应用过程当中。当然,问题的解决并不是一蹴而就的,它是一个系统的工程,需要我们共同努力才能够实现。
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温度传感器工作原理 篇5
空调温度传感器为负温度系数热敏电阻，简称NTC，其阻值随温度升高而降低，随温度降低而增大。25℃时的阻值为标称值。NTC常见的故障为阻值变大、开路、受潮霉变阻值变化、短路、插头及座接触不好或漏电等，引起空调CPU检测端子电压异常引起空调故障。空调常用的NTC有室内环温NTC、室内盘管NTC、室外盘管NTC等三个，较高档的空调还应用外环温NTC、压缩机吸气、排气NTC等。NTC在电路中主要有如图一所示两种用法，温度变化使NTC阻值变化，CPU端子的电压也随之变化，CPU根据电压的变化来决定空调的工作状态。本文附表为几种空调的NTC参数。室内环温NTC作用：室内环温NTC根据设定的工作状态，检测室内环境的温度自动开停机或变频。定频空调使室内温度温差变化范围为设定值+1℃，即若制冷设定24℃时，当温度降到23℃压缩机停机，当温度回升到25℃压缩机工作；若制热设定24℃时，当温度升到25℃压缩机停机，当温度回落到23℃压缩机工作。值得说明的是温度的设定范围一般为15℃—30℃之间，因此低于15℃的环温下制冷不工作，高于30℃的环温下制热不工作。变频空调根据设定的工作温度和室内温度的差值进行变频调速，差值越大压缩机工作频率越高，因此，压缩机启动以后转速很快提升。室内盘管NTC室内盘管制冷过冷（低于+3℃）保护检测、制冷缺氟检测；制热防冷风吹出、过热保护检测。空调制冷30分钟自动检查室内盘管的温度，若降温达不到20℃则自动诊断为缺氟而保护。若因某些原因室内盘管温度降到+3℃以下为防结霜也停机（过冷）制热时室内盘管温度底于32℃内风机不吹风（防冷风），高于52℃外风机停转，高于58℃压缩机停转（过热）；有的空调制热自动控制内风机风速；有的空调自动切换电辅热变频空调转速控制等。室外盘管NTC制热化霜温度检测，制冷冷凝温度检测。制热化霜是热泵机一个重要的功能，第一次化霜为CPU定时（一般在50分钟），以后化霜则由室外盘管NTC控制（一般为—11℃要化霜，+9℃则制热）。制冷冷凝温度达68℃停压缩机，代替高压压力开关的作用；变频制冷则降频阻止盘管继续升温。外环温NTC控制室外风机的转速、冬季预热压缩机等。排气NTC使变频压缩机降频，避免外机过热，缺氟检测等。吸气NTC控制制冷剂流量，有步进电机控制节流阀实现。故障分析室内外盘管NTC损坏率最高，故障现象也各种各样。室内外盘管NTC由于位处温度不断变化及结露或高温的环境，所以其损坏率较高。主要表现在电源正常而整机不工作、工作短时间停机、制热时外机正常内风机不运转、外风机不工作或异常停转，压缩机不启动，变频效果差，变频不工作，制热不化霜等。化霜故障可代换室外盘管NTC或室外化霜板。在电源正常而空调不工作时也要查室内环温NTC；空调工作不停机或达不到设定温度停机，也要先查室内环温NTC；变频空调工作不正常也会和它有关。因室内环温NTC若出现故障会使得CPU错误地判断室内环温而引起误动作。室内环温NTC损坏率不是很高。
温度传感器的应用技术 篇6
【关键词】高精度；温度传感器；设计
0.引言
随着科技的发展，在不远的将来可能每个人的电子产品都可以看成一个大型无线传感网中的一个节点。从天气预报来说，如果每个都能将本地温度传输到云端，利用这些数据对天气的预测也不失为一种补偿。那么，设计一款成本较低，测量精度相对较高的集成温度传感器实际使用意义巨大。
1.无线温度传感器的整体设计方案
1.1整体方案框架
高精度无线温度传感器应该包含2 大部分：一部分是具有高精度的温度测量仪器，另一部分是具备温度信息处理功能的电路。温度测量仪器主要是由高精度传感器、单片机以及电源控制电路和无线发射模块等构成，温度信息处理电路则由无线接收模块、单片机、通讯接口电路和显示模块等构成。
1.2单片机的选择
到目前为止，不少工程依然在沿用C51式单片机。但现在对单片机的要求越来越高，其必须能达到指令所要求的速度，因此，不能满足数据高速采集要求且不具备低功耗应用性能的C51式单片机正逐渐被舍弃。与之相比，数字信号处理器可供选择和参考，其具有速度快，硬盘构造简单，I/O端口丰富，软件编程应用灵活等特点，但价格相应也较昂贵，所以就大批量生产而言，数字信号处理器在价格上几乎完全没有优势。选择单片机主要需考虑的因素是使用时的低功耗和低价格，因此，当今无线温度传感器设计中多采用PIC系列单片机作为微处理器。PIC系列单片机拥有多种型号，故在选型方面比较灵活；同时，精简的指令使其执行效率较高；另外，它还具备低功耗的睡眠模式，通讯的I/O端口也非常丰富。所以，在绝大多数情况下，PIC系列单片机都能满足设计要求。
1.3无线发射模块
无线温度传感器中的无线发射应采用ASK调制的模式。由于目前系统都在朝小型化方向发展，因此发射模块就不能选择市场上的普通发射电路，而应利用微波天线技术将发射部分整合以减小系统的体积。无线温度传感器的振荡源应当采用声表谐振器的SAW稳频技术，其频率稳定度极高。所谓SAW器件，就是利用压电材料把高频信号转换成表面具有弹性的波段，再用压电材料反转化成高频信号的器件。无线温度传感器的无线发射模块应选用LC振荡器应用电路，其高频三极管的基极通过 SAW谐振器接地，且通过相应的电阻接入控制信号；高频三极管的集电极应当与阻抗匹配的电路相连，并通过对应的电感接入电源的正极，电感与电源正极之间要通过2个电容接地，2个电容分别用于低频和高频去耦；高频三极管的发射极要通过相应的电阻与电容进行接地处理，振荡源的输出频率完全由SAW决定。
2.无线温度传感器系统硬件与软件设计
2.1温度测量电路的设计
温度测量电路采用的是新型总线式数字温度传感器DS18B20。该传感器使用的是3引脚的小体积封装，可测量的温度范围是-55～125℃，其可编程控制器的转换精度可达9～12位，温度分辨率为0.062 3℃。DS18B20所测得的温度带符号拓展后，以16位数字的模式串行输出。该系统由端脚引入电源，传感器的内部构成主要包括温度传感器、温度报警触发器、配置寄存器以及64位的ROM。
2.2数据采集部分的设计
数据采集部分与无线发送部分共用1台PIC单片机。单片机在读取温度传感器采集的数据时采用的是低位字节、高位字节及CRC字节。其中，温度存储器的低位字节、高位字节以补码形式存放，2个字节所对应的16位二进制数中，最低4位是温度值的小数部分，最高5位是符号扩展0表示正数，1表示负数，其余为整数部分。CRC发生器的逻辑电路对应的生成多项式是X8+X5+X4+1，为避免直接算法在实际应用中计算时间长的缺点，无线温度传感器CRC校验设计时采用了查表算法，这不仅加快了处理速度，而且还降低了系统功耗。当检查到所接收的数据正确后，单片机将控制发射模块连续发送3帧数据。
2.3无线发送系统的设计
无线发送系统必须要给每一个采样点编设相对应的地址码，以便对每一个采集点所获取的数据进行分类处理。编、解码器选用PT2262与PT2272，对于PT2262的地址码A0～A7，应设为置0、置1或者是悬空3种状态。地址的编码在不重复的情况下是6 561组，也就是说，从理论上讲，无线温度传感器的无线发送系统可以安装的采集点总共为6 561个。但值得一提的是，本系统仅使用了2种状态：置0和置1。因此，无线温度传感器的无线发送系统在安装采集点数时最多不会超过256个。本系统在传送4 位二进制的数据时其编码信号是由 Dout 引脚输出的，经放大后由315MHz的高频无线调制发送。为了解决数据上的不同步及出错问题，并保证数据的完整性，特此引入了一个起始同步码1111，每个数据包在发送前都会有一个同步码。此系统发送的所有数据皆为BCD码，利用该码可对数据进行区分。
2.4无线接收电路的设计
无线接收电路的工作方式有超再生式与超外差式2种。此次无线温度传感器的设计采用的是超再生式接收模块，内部包含解码电路和放大、整形电路，使用起来较为方便。在无线接收电路中，PT2272的外接振荡电阻是200kΩ，它可与发射端PT2262外接的112MΩ电阻相匹配，将中心频率控制到315MHz。在单片机的一个端口设置PT2272的地址码，改变地址码就可以接收不同采集点的数据。PT2272数据解码端同单片机另一端口相连接，它可以判别数据的解码是否完毕。PT2272的17脚是有效解码的输出端，解码完毕之后中断连接。无线接收电路首先判断数据的开端，然后按照顺序接收本组数据，最后再通过累加来判断该组数据的接收正确与否，以保证数据传输的正确率。
2.5计算机同单片机之间的通信设计
计算机同单片机之间的通信可以由RS2232电平转换芯片来实现。计算机操作平台可进行数据采集点接收个数及采集次数的设置，在参数设置完毕后，串口通信应把采集点的采集次数同数字代码传送到接收模块进行识别，并处理成相应的控制接收模块循环接收次数与地址码。在完成了相应的数据采集工作之后，采集模块要把数据采集点的数字代码和数据一起传输到计算机中，然后进行下一轮的采集工作，并不断进行这样的循环，直到将所有任务完成为止。通过操作平台可以选择将相关的数据自动保存到文档中，再存放到设定的目录内。
3.结束语
本课题从实际出发，着眼于电子产品的研发，设计了一款测量温度范围精度相对较高，成本较低的集成温度传感器，达到了预期的目的。
【参考文献】
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温度传感器的应用技术 篇7
传统的火灾定位技术包括红外线、紫外线火灾探测器的扫描搜索定位以及基于GPS的火灾定位技术, 基于GPS的火灾定位技术主要应用于森林火灾, 而红外线、紫外线火灾定位受环境光线干扰严重, 定位精度难以保证。
随着机器视觉和传感器技术的发展, 基于图像和温度传感器的新型火灾定位技术逐渐成为研究热点。笔者介绍了此种火灾定位技术的基本原理和计算方法, 并从应用场所、定位精度及成本等方面对两种技术进行了分析与比较。希望为今后的火灾定位技术研究及产品选择提供参考和依据。
1 基于图像传感器的火源定位技术
图像火源定位技术是从图像传感器获取的图像信息出发, 建立几何模型, 将空间物体表面某点的三维几何位置信息与其在图像中对应点进行关联;在火灾时, 通过计算机视觉及图像处理方法得到火灾图像区域坐标, 并通过坐标转换得到火源真实位置坐标。此技术根据定位原理不同可分为单目定位技术及双目定位技术两种。
1.1 单目定位技术
单目定位首先在监控场景中选取模板区域, 然后通过分析图像与模板之间对应点在世界坐标系、摄像机坐标系和图像坐标系间的对应关系, 建立坐标系转换矩阵, 从而在获得图像中得到火源的坐标后, 能够通过坐标系转换矩阵, 计算得到火源在实际场景中的坐标。单目定位技术实际是将监控场景三维立体信息简化为二维平面信息, 假定火源位置始终在一个平面上。
单目定位技术具有一定的局限性, 需要假设火源始终在一个平面上, 但由于图像火灾探测器大多应用于大空间场所, 具有较大的保护范围, 可以假设保护区域近似为平面。因此, 目前市场上的图像火灾探测器产品大多都采用单目定位的方法。
1.2 双目定位技术
双目定位技术通常又称为立体定位技术, 是由不同位置的两台CCD摄像机, 通过计算空间点在两幅图像中的视差, 获得该点的三维坐标值。双目定位技术模拟人类双目处理视觉景物的方式, 可定位空间中任一点的坐标, 具有定位精度高、定位范围广的优点。
双目定位可通过三角法原理进行三维信息的获取, 即由两个摄像机的图像平面和被测物体之间构成一个三角形, 已知两个摄像机之间未知关系, 获取两个摄像机所监控视场内物体的三维尺寸及坐标。
双目定位技术基于视差原理, 如图1所示。两摄像机的投影中心连线距离为B (基线距) 。两摄像机在同一时刻监控到的空间物体的同一特征点P的图像坐标分别为p1 (x1, y1) 和p2 (x2, y2) 。假定两个摄像机的图像在同一平面上, 则特征点P的图像坐标的纵坐标相同, 即y1=y2, 则有三角几何关系, 如式 (1) 所示。
视差为 (X1-X2) , 由此可计算出特征点P在摄像机坐标系下的三维坐标, 如式 (2) 所示。
因此, 1号摄像机像面上的任一点只要能在2号摄像机像面上找到对应的匹配点, 就可以确定该点的三维坐标。
双目定位技术可进行立体定位, 突破了单目定位的局限性, 但由于其需要两个CCD摄像机, 成本相对较高, 且算法复杂度较高, 推广应用范围较小。
2 基于温度传感器的火源定位技术
假设火灾早期烟气羽流扩散速度在一定时间内为匀速, 推导并建立温度场计算模型, 利用数字采样和滤波技术采集并处理温度传感器阵列得到的数字信号, 分别计算出不同位置的两个温度传感器阵列相对于火源的方向角, 从而实现火源定位。
热流由火源点上升到顶棚后, 逐渐向四周蔓延。假设火源与温度传感器距离远大于传感器阵列间的距离, 即dr, 此时温度波前可以看作为平面波。如图2所示, 虚线代表具有相同温度的波前, 这样就通过温度波前把火灾定位由三维空间简化为二维平面求解的问题。
如图2所示, 火源与传感器间的距离为r, 传感器阵列相对火源的方位角为α, 传感器S1、S2、S3、S4呈正方形分布, 传感器S2和S3与火源的距离比S1离火源的距离之差分别为D12和D13, 温度波前函数为T (t) , 在热气流速率v匀速情况下, 如果能够求出温度波前到达各传感器的延迟时间, 由于传感器的几何尺寸已知, 通过几何运算就可以确定火源方向和距离。
设温度波前离散信号为Tn (k) , 其中含有有用信号和噪声成分, 则可以表达为式 (3)
式中:Sn (k) 为气流中的信号部分;Nn (k) 为热噪声和潜在的干扰。假设1号传感器距离火源更近, 取1号传感器为参考传感器, 则S1 (k) =S (k) , σ1=1, 随着时间前进的温度波前对其他传感器的影响为Sn (k) =σnS (k-k1n) , k1n∈Z。因此, 信号模型修改为T1 (k) =S1 (k) +N1 (k) 。
式中:σn为信号的衰减因子;k1n为传感器S1和Sn之间的信号时延。对于时延的估计可采用互相关算法, 基于该算法原理, 则第一个传感器和第n个传感器输出的互相关如式 (5) 所示。
式中:c为不同传感器的相位差。考虑到传感器附近的噪声N1 (k) 和Nn (k) 是相互独立的或至少是互不相关的, 且相应的热气流信号S (k) 与噪声Nn (k) 之间也是独立的, 因此式 (5) 可以表达为式 (6) 。
由于变量S (k) 一定为正数, 基于互相关原理, 当c=k1n时, R1n (c) 达到最大值, S1 (k) 和Sn (k-k1n+c) 具有最大的相关性, 可认为这两个信号即为温度波前到达对应探测器位置所得到的信号。因此, 为了计算出两个温度传感器的时延, 可通过查找两个温度传感器离散采样信号在某段时间内互相关的极大值即可。通过该方法可求出k12、k13、k14。
在求得信号时延后, 如图3所示, 可得到r、α和速度v的关系式 (7) 。
则有,
fA为火灾定位系统的采样频率, 这样就求得了火源相对温度传感器阵列的方位角以及烟气的运动速度。利用两组温度传感器阵列可得到2个方位角, 如图3所示, 则已知这两组传感器之间的距离l, 可分别求出两个传感器阵列距离火源的距离, 从而确定火源位置。
3 分析与讨论
3.1 应用场所
基于图像传感器的火灾定位技术可在发生火灾的时候快速准确找到火源位置, 不受空间的限制, 较适用于大空间、室外环境, 常与水炮灭火系统相联动, 为快速灭火提供信息, 能够极大提高灭火效率;此外, 由于采用CCD摄像机作为采集前端, 可获得现场视频图像信息, 为监控人员进行火灾确认提供便利。
基于温度传感器的火灾定位技术较适用于受限空间场所, 如宾馆、写字楼和小型会议厅等。与图像火灾定位系统相比价格低廉, 便于施工安装, 可以很好地保护区域内的人员和财产的隐私安全。
3.2 技术发展及应用程度
图像型火灾探测器目前已经推广使用, 且国家标准GB 15631-2008《特种火灾探测》中对于图像型火灾探测器的定位精度进行了规定, 即目前国内市场上的图像火灾探测器产品均需要带有火灾定位功能。国家标准GB15631中规定, 在CCD摄像机距离火源5m时, 定位精度达到≤0.1m, 当CCD摄像机距离火源100m时, 定位精度≤0.6m。
基于温度传感器的火灾定位技术较依赖于DSP的信号处理能力, 对于采样频率和数字滤波功能都具有较高的要求, 该项技术尚没有推广使用。但由于温度传感元件成本较为低廉, 该定位技术的采集前端成本将远低于图像火灾探测器。因此, 随着DSP技术的不断发展, 基于温度传感器的火灾定位技术势必将很快实现产品化并得到广泛应用。目前, 德国杜伊斯堡大学已经研制出该技术的功能样机, 如图4所示。
4 结束语
(1) 介绍了基于图像传感器和温度传感器这两种新型火灾定位技术的基本原理和计算方法。基于图像传感器的火灾定位性能依赖于图像传感器的分辨率及图像分析算法, 依据国家标准GB 15631-2008《特种火灾探测》, 在CCD摄像机距离火源5 m时, 定位精度达到≤0.1m, 当CCD摄像机距火源100m时, 定位精度≤0.6m;而基于温度传感器的火灾定位精度目前在实验室内最高能够达到≤0.1m。
(2) 基于图像传感器的火灾定位技术较适用于大空间、室外环境中使用, 如商场中庭、体育场馆、会展厅、大型仓库及油罐区等;基于温度传感器的火灾定位技术较适用于受限空间场所, 如宾馆、写字楼和小型会议厅等。
参考文献
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温度传感器的应用技术 篇8
电力设备安全可靠性是超大规模输配电和电网安全运行的重要保障,随着经济的快速增长,国家电网的供电负荷日益增加,同时也给电网电气设备带来了一系列的安全问题。电网设备中的触头和接头是电网安全的重要隐患,如高压开关设备因高压断路器动、静触头接触不良,加上长期大电流、触头老化等因素易导致接触电阻增大,造成触头温升过高,最终发生高压柜烧毁事故。电缆接头随着运行时间的延长会出现压接头松动、绝缘老化以及局部放电、高压泄漏等问题,从而引起发热和温升,这将使其运行状况进一步恶化,促使温度进一步提升, 这一恶性循环的结果就是引发短路放炮,甚至火灾。因此,电力设备安全运行实时监控的实施迫在眉睫。相比常见的示温蜡片法、红外测温仪、光纤测温系统等,电力无线测温系统实时性强、性价比高、安全可靠,利用该方式测量高压环境温度已成为一种必然趋势。
1系统实现方式
无线测温终端采用自取电的方式进行供电,采用全数字方式工作,该终端附着在高压电器上,等电位监测设备运行状态。 无线测温终端把温度信号通过频段为433 MHz的无线方式传送给采集器,采集器可以接收多个测温终端的数据,同时把接收到的数据发送给内置的Zigbee模块,然后进行组网传输,每个采集器就是一个Zigbee节点设备,相邻的节点通过集中器组成一个Zigbee网络,实现与各个节点设备的数据通信以及收集汇总,最终通过GPRS上传给监控中心。为保证Zigbee网络的可靠稳定和实时性,可以在输电线路中组成若干个网络。监控中心可以实时监控每个发热点温度的变化,工作人员足不出户就能掌握整个高压系统的发热状况,进而作出正确的决策。
2系统组成
无线测温系统旨在解决常规测温手段实时性差、受安装环境限制大、无法实现对封闭设备测温的难题,满足户外输配电线路及无人值守变电站对主要设备温度实时监控的需求。在实际设计中主要需解决以下问题:对主要设备关键部位温度的实时采集,温度信号的传输方式及监控中心后台软件的设计。 系统相应的设备包括:
(1)无线测温终端。无线测温终端采用电流互感取电的方式供电,包括温度传感器和测温主机。温度传感器附着在发热点上,并和测温主机通过导线相连接。温度采样后,测温主机把温度数据通过频段为433MHz的无线方式传送给采集器。
(2)采集器。采集器可以同时接收多个测温终端的数据, 进行汇总处理,然后把接收到的数据发送给内置的Zigbee模块,进行组网传输,每个采集器就是一个Zigbee网络的节点设备,相邻的节点可以组成一个Zigbee网络,实现与各个节点设备的数据通信,有效解决了频段为433 MHz的无线方式传输数据距离有限的问题,扩大了温度监控的有效范围。
(3)集中器。由集中器组建成Zigbee网络,对网络中各个节点设备的数据进行汇总,然后通过GPRS把数据上传给监控中心。若输电线路距离很远,可以由若干个集中器把相邻的节点设备各自组 成一个Zigbee网络,提高系统 温度采样 的实时性。
(4)监控中心后台软件。通过配套软件的开发应用,无线测温系统监控端可对采集的数据进行分组编辑定义,实现不同的预警功能;还可以应用软件建立历史温度数据库,为电力系统设备的状态检修提供决策信息,提高决策的正确性。
3关键技术的实现
无线测温终端的供电方式为感应取电,即将高压输电线路周围感应的电磁能量转化为电能。该终端的取电性能超强,无工作盲点。只要有3A以上一次电流就可以让测温主机正常工作。取电感应线圈采用特殊的软磁合金材料,产热很小,在5 000A的大电流下对检测点没有任何影响,不同于传统硅钢片,取电能量很高,产热很严重,会升高检测点的温度。对于感应取电方式的监测模块往往存在模块本身在大电流情况下产热严重的问题,喉箍式双模测温终端通过对材料和结构的改进,完全避免了该现象。通过以上措施,保证无线测温终端稳定可靠,抗干扰性强。
无线测温终端通过433MHz的无线信号把温度信息传给采集器,采集器可以同时接收多个无线测温终端的温度信息, 但由于是无线信号,无法把温度信息直接传输给监控中心,若每个采集器都加装一个GPRS模块,成本势必会比较高,同时也增加了系统的复杂程度。因此,为简化系统,同时保证数据可靠实时传输,采用了Zigbee的物联网技术。Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术,主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立,具有结构简单、使用方便、工作可靠、价格低的特点。它是一个由可多到65 000个无线数 传模块组 成的无线 数传网络 平台,每个Zigbee网络数传模块之间都可以相互通信。正是由于这些特点,在采集器中内置了Zigbee模块,使之成为一个Zigbee节点设备,集中器把相邻的采集器组成网络,进行温度数据传输及汇总,最终通过GPRS上传给监控中心。这样一来,可以大大减少GPRS模块的装配数量,有效地降低了成本。在长距离的输配电线路中,为保证数据传输的实时性、可靠性,可以组建若干个Zigbee网络。这样就保证了在户外环境恶劣的条件下,无线测温终端的温度数据也得到有效便捷的传输,大大增加了系统的灵活性、可靠性。
4系统特点
(1)测温终端采用分体设计。温度传感器与测温主机采用分体设计,温度传感器与测温主机之间通过带屏蔽、抗高温老化线连接,传感器位于高温区,而测温主机远离高温区。另外, 测温主机与所连接母排或导线间有一定的缝隙,有效地阻隔了热传导,保障测温主机工作在正常温度,提高了设备运行的可靠性。
(2)组网灵活,范围广。通过Zigbee技术,把相邻的各个节点设备组成小网络;通过GPRS移动通信网将各个小网络的节点数据上传到监控中心,可以组成大范围的远方温度监测网络。
(3)可靠性高。系统处于高电压环境中,具备高度的可靠性和安全性,保障了监控人员及监测系统、电力设备的安全。
(4)结构合理。由于电力系统中设备运行环境复杂,合理的结构设计保障了设备安装适用不同的环境。选用器件集成度高,功耗低,可靠性高。多层屏蔽技术抗干扰能力强,软件辅助纠错保证了数据采集准确、传输可靠。
5结语
无线远程测温系统可以实时监测输配电线路各个发热点的温度情况,有效地减少了设备巡视次数,降低了运营成本。 另外,通过长时间的运行数据收集整理,输配电线路各主要设备均建立了自己的温度数据库,为实现设备状态检修提供了决策信息,有利于共同营造安全生产的良好氛围,实现安全生产的目标。
摘要：研究设计基于感应取电方式的电力无线测温系统,测温终端检测到设备温度后,通过采集器汇总处理并利用Zigbee组网传输数据,监控中心通过后台软件可以监视整个高压输配电线路的温度情况,进而作出正确的决策。
温度传感器的应用技术 篇9
固态压阻式传感器是利用半导体的压阻效应所制成的传感器, 其灵敏度将随温度的变化而变化, 导致输入输出特性存在非线性。表现为被测的目标参量为零或保持恒定值时, 改变工作环境温度, 则传感器的零点或输出电压值均发生变化, 这将给测量目标参量带来误差。传统的温度补偿方法有:恒流源供电法、电压正反馈补偿法、热敏电阻补偿法, 但以上三种方法只能是灵敏度温度系数接近于零, 很难在较宽的温度范围内得到完全补偿。因此, 本文将人工神经网络和虚拟仪器相结合, 设计了压阻式压力传感器的温度补偿系统, 消除了温度影响同时也进行了零点及非线性补偿。
1补偿系统的工作原理
补偿系统由传感器和温度补偿器两部分组成。传感器部分包括主传感器与温度监测传感器:主传感器为固态压阻式传感器, 它与数据采集卡 (DAQ) 组成测试系统;对主传感器进行温度补偿要引入温度监测传感器, 它起到监测工作环境温度的作用;温度补偿器是一个软件模块, 补偿系统要对上述2个传感器进行数据融合, 因此温度补偿软件模块也是一个多传感器数据融合系统。
1.1 BP神经网络的学习算法
对压阻式压力传感器进行温度补偿, 可以在一定的工作温度范围内选定。表1列出了在20 ℃～65 ℃间6个温度状态的静态标定数据, 同时在选用的压阻式压力传感器量程范围内选了5个标定值, 因此获得了30个标定数据。其中, 20个数据对网络进行训练, 10个数据作为网络校验样本数据。
从表1的标定值可以看出, 在输入压力值不变的情况下, 工作环境温度改变, 压力传感器的输出电压值也随之改变。
1.2样本数据归一化处理
神经网络所处理的数据应是在-1和+1间的归一化数据, 因此采用如下公式进行传感器输出数据的归一化处理:
undefined. (1)
undefined. (2)
式中, undefinedim和undefinedm为第m个样本神经网络的输入、输出归一化值;Xim和Om为第m个样本的输入输出标定值, 本文中i=1, 2;Ximax和Ximin为第i个传感器输出最大、最小标定值。
1.3神经网络的结构与训练
BP神经网络结构:
基于该系统采用3层BP神经网络, 输入层i=1, 2, 共有2个节点, 分别输入压阻传感器和温度传感器的输出电压值Up和Ut。隐层节点数j=1, 2, …, ll可在3～30范围内选择, 视补偿效果而定。输出层节点k=1, 为一个节点, 表示输出压力值Pt。
(1) 隐层第j个神经元的输入为:
undefined. (3)
其中:wji是隐层第j个神经元到输入层第i个神经元的连接权值。
(2) 隐层第j个神经元的输出为:
undefined. (4)
(3) 神经网络的输出为:
undefined. (5)
其中:wkj是输出层第k个神经元到隐层第j个神经元的连接权值。
(4) 网络计算输出值与传感器相应的标定值 (也称期望值) 的均方误差E为最小, 即:
undefined. (6)
式中, ε为给定的允许误差, 通常取为任意小的正实数。
(5) BP神经网络权值修正量为:
undefined. (7)
undefined
温度补偿系统BP神经网络Ot和undefinedm分别为归一化的网络输出的计算值与标定值;m为样本序号;M为样本总数;训练的样本数越多, 网络的计算结果Ot的偏差越小。根据标定实验提供的学习样本, 采用BP算法学习修正网络的权值和阈值, 直到满足精度要求为止。训练后的神经网络仍不能使用, 必须使用附加样本进行性能验证, 如不能满足要求, 就需要重新训练网络, 所以神经网络的训练是一个反复的过程。
1.4学习算法的图形化编程
在LabVIEW中要实现神经网络, 可通过多种方式实现:利用CIN节点调用外部编译好的C或者C++程序;利用MATLAB Script节点编辑或调用MATLAB程序;利用LabVIEW本身的图形编程语言编程实现。
同上述两种方法相比, 用LabVIEW本身的图形语言来编程有很多的优势。LabVIEW的G程序是独立于运行平台的, 不需要依赖其他软件。而且作为一种图形化的、数据驱动的程序语言, LabVIEW可以更方便地实现给定的算法, 程序更加清晰明了, 修改起来也更加方便。同时利用子程序技术, 可以大大提高程序的利用率。基于此, 本文采用图形编程的方法来实现神经网络控制。图3为实现BP算法的LabVIEW程序。
2系统设计与实现
系统使用NI公司的LabVIEW和PCI-MIO-16E-1多功能数据采集卡实现温度补偿系统。在LabVIEW平台下开发出“虚拟传感器参数检测仪”, 完成数据的采集与预处理。在此基础上嵌入MATLAB程序进行神经网络运算。
2.1面板设计
前面板主要由两部分组成:神经网络训练模块和数据保存模块。神经网络训练模块执行压阻传感器的温度补偿;数据保存模块将训练后的相关数据进行保存并写入文件中。
2.2程序流程图设计
在LabVIEW中, 流程图是程序运行的基础。流程图主要完成前面板上各个部分的相应功能, 包括执行MATLAB Script操作和While Loop操作。
2.3数据运行及保存
当程序开始运行, 分别在“压阻传感器输出”和“温度传感器输出”中输入25.42和27.01, 然后单击“开始”按钮, 则在“压力”数据框中显示出0。通过实验可以看出:虚拟温度补偿仪的补偿效果非常好。
3结论
研究表明:将经典传感器经信号调理单元与微计算机赋予智能的结合, 建立智能传感器系统是改善经典传感器性能的有效途径。本文运用LabVIEW图形化编程语言实现了BP神经网络控制。通过仿真实例验证 , 该方法快速有效, 而且编程简单清晰。
摘要：介绍了一体化虚拟温度传感器补偿仪, 运用多传感器数据融合技术与神经网络技术, 与虚拟仪器技术相结合创建了虚拟压阻式传感器的温度补偿系统。实验结果表明, 该方法有效地抑制干扰因素, 获得高稳定性测量结果。
关键词：神经网络,虚拟仪器,传感器
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温度传感器的应用技术 篇10
关键词：单总线技术,冗余校验,单片机,DS18B20
1 单总线温度传感器DS18B20概述
DS18B20是美国DALLAS公司生产的单总线数字式温度传感器,与传统的热敏电阻温度传感器不同,它能够直接读出被测的温度值,使系统结构更趋于简单,可靠性更高。本文详细论述DS18B20的单点测量、多点测量及其CRC校验方法[1]。
1.1 DS18B20温度传感器的特点
1)采用独特的单总线接口方式,即只有一根信号线与控制器相连,实现数据的双向通信,不需要外部元件;
2)测量结果直接输出数字温度信号,以单总线串行传送给控制器,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。
3)支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三根线上,实现组网多点测量;
4)不需要备份电源、可用数据线供电,温度测量范围为-55℃~125℃,-10℃~85℃时测量精度为±0.5℃;
5)通过编程可实现9~12位的数字值读数
方式,对应的可分辨温度分别为0.5℃,0.25℃;0.125℃,0.0625℃,实现高精度测温;
1.2 DS18B20的内部结构
DS18B20采用3脚TO-92封装或8脚SOIC及CSP封装方式。图1所示为DS18B20的内部结构框图,它主要包括寄生电源、温度传感器、64位光刻ROM及单总线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM)、存储与控制逻辑、用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器、结构寄存器、8位循环冗余校验码(CRC)发生器等八部分。
1.3 DS18B20的指令
单片机控制DS18B20的指令有五条,具体见表1所示。
2 单点测量技术
单点测量实际就是应用一个DS18B20对某一点的温度进行测量。每一个DS18B20都有自己唯一的序列号,单点测量就不需要读出所用器件的序列号,可直接与单片机相连[2]。具体电路如图2所示。采用单点通信,不需读取序列码,温度采样框图如图3所示。
采样程序首先对DS18B20进行初始化。初始化结束,DS18B20已做好接收命令的准备。接下来可直接执行跳过ROM命令(CCH),即单片机在不读取ROM地址码的情况下直接向设备发出功能命令,节省了时间。单片机执行了跳过ROM命令之后,可向DS18B20发送温度转换命令(44H),DS18B20进行温度采样及A/D转换,并将转换的数据存储在缓存器中。然后再执行一次跳过ROM命令后,执行单片机读命令(BEH),将缓存器的9个字节数据读入单片机中。从而完成了仅用一个DS18B20的单点温度采样。
3 多点测量技术
图4为DS18B20采用寄生电源供电方式的多点测量连接图。此时,DS18B20的VDD引脚必须接地。为了得到足够的工作电流,应给单总线提供一个上拉,用一个场效应管将I/O线直接拉到电源上。DS18B20从单总线上获取能量,在信号线DQ处于高电平期间把能量存储在内部电容里,在信号线DQ处于低电平期间消耗电容上的电量工作,直到高电平到来,再给DS18B20内部的寄生电源充电[3]。
多点测温采样流程如图5所示。
4 负值和小数的处理方法
DS18B20测得的温度放在两字节的温度寄存器中,温度寄存器的位和对应数据之间关系见表2。
表中S表示符号。当S=0时,表示其温度为正值;当S=1时,表示其温度为负值。由表2可知,高字节中的高五位均为符号位。检测温度时,先由符号位判定温度的正负,若温度为负,则对应的温度绝对值为原码的补码,即反码加一。正温度值直接由其对应的二进制数转化为十进制数处理,负温度值由其对应的二进制数换成对应的补码后再转换为十进制数。
二进制转换为十进制的处理方法是将十六进制数每位的数值乘以对应的位权,然后把所得的十六进制数相加,其结果为对应的十进制温度值。两字节温度寄存器各位位权关系见表3。
5 冗余校验
为了保证采样温度的正确性,必须做冗余校验。DS18B20的64位光刻ROM的最后8位是前56位(包括8位产品类型标号和48位产品序列号)的CRC冗余校验码。
5.1 冗余校验原理和计算
DS18B20的冗余校验码生成多项为:
根据给定的信息多项式(即二进制信息码)和CRC多项式(1),可以用多项式除法求出余数,即校验码。则给定的信息多项式加上校验码构成新的多项式,称为冗余校验码。检验时将冗余校验码除以CRC多项式(1),若能除尽,说明传送正确,否则说明传送错误[4]。
DS18B20冗余校验的计算过程见图6。图6中8位寄存器的初始值为零,ROM的56位数或便签中的前8个字节的每一位全部由INPUT端输入(由低位开始逐个输入),并经过计算得出DS18B20的冗余校验码,然后将CRC多项式的每一位由低到高输入此寄存器。之后DS18B20的冗余校验码除以寄存器中的CRC多项式。如果结果为零,则说明数据接收正确,否则数据接收错误。
5.2 CRC校验软件编程
单片机中的冗余计算是通过软件编程实现,程序功能与移位寄存器相同。8个移位寄存器用一个存储单元来等效,ROM的56位数或便签中的前8个字节的每一位由低到高进行移位,经“异或”计算后,这个存储单元中的数据为冗余码。然后将最后一字节的冗余码再输入进行一次运算,正确则存储单元清零,错误将显示错误信息。软件编程如下:
CHECK子程序是把10H至18H这9个数(即便签条中的9个字节数)做冗余计算,结果存入21H单元。
CHECK:MOV R0,#temp LMOV R2,#09HMOV 21H,#00H
CHECK1:MOV 22H,@R0LCALL CRCINC R0DJNZ R2,CHECK1RET
CRC子程序是将21H与22H两个单元的数做冗余,21H中存的是移位寄存器中的字节,22H中存的是制作冗余的字节,结果存入21H。20H.4和23H做中间位用。
CRC:MOV R1,#08H
CRC2 CLR CMOV A,#01HANL A,22HXRL A,21HRRC AMOV 20H.4,CMOV 21H,AMOV 21H.7,CMOV 23H,#00HMOV 23H.2,CMOV 23H.3,CMOV A,23HXRL 21H,ADJNZ R1,CRC1RET
CRC1:MOV A,22HRR AMOV 22H,ALJMP CRC2
6 结论
本文论述DS18B20的单点测温方法和多点测温方法,重点阐述了DS18B20的CRC冗余校验计算方法及具体软件编程。在测量精度高、实时性强的地方,必须考虑CRC冗余校验,可大大提高测量精度和测量效果。利用本算法和程序有效地解决了某智能小区远程测温中存在的精度不高、实时性差的问题。
参考文献
[1]Http//pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/DS18B20.PDF 2002。
[2]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京:电子工业出版社,2009.
[3]赵建领,薛园园.51单片机开发与应用技术详解[M].北京:电子工业出版社,2009.
温度传感器的应用技术 篇11
关键词 PT100铂热电阻；电桥；NE5532芯片；放大电路；比较电路
中图分类号：G712 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）16-0033-03
Abstract Thermal resistor of PT100 is a common temperature mea-suring tool. Its resistance value is temperature-dependant. Thus it is
widely used in the measurement and control of temperature para-meter in industrial processes. This essay is on the design of tempe-rature sensor based on the thermal resistor of PT100， changing its resistance value according to temperature change of surrounding environment and outputting the corresponding voltage through elec-tric circuits. In the design added a preset comparison circuit which can give an alarm when the temperature is out of range.
Key words thermal resistor of PT100； bridge； NE5532 chip； compa-rison circuit； amplifying circuit
1 引言
温度传感器被广泛应用于工业、农业生产、科学研究等领域[1]，为提高生产效率，对温度参数测量的快速性和准确性提出更高的要求。本文设计基于PT100铂热电阻的温度传感器，具有精度高、线性好、响应时间短等特点。
2 电路设计
基于PT100铂热电阻温度传感器由两部分组成：PT100铂热电阻传感器和信号转换器。通过PT100铂热电阻测量温度，经过NE5532芯片和多个元器件的组合来达到信号转换、放大输出一个模拟电压信号；后面再入加比较电路，对当前值与设定值进行比较，超出时进行报警。设计框图如图1所示。
与普通型热电阻相比，PT100铂热电阻的特点包括：热惯性上测量滞后小；机械性能好、耐振，能弯曲，便于安装；使用寿命长。因此，PT100铂热电阻是研究中比较理想的测温电子元件。
PT100铂电阻RT曲线图如图2所示。当在0 ℃的时候，PT100的阻值为100 Ω，它的阻值会随着温度的上升而匀速增长，在100 ℃时，它的阻值约为138.5 Ω。它的阻值跟温度的变化成正比，但不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线[2]。
NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。本文中将用它来构成电桥电路、放大电路和比较电路。运用NE5532芯片的PT100铂热电阻温度传感器电路图如3所示。
在图3所示电路中，电桥电路由R2、R3、R9和PT100电阻组成。为了防止电路电流过大而导致PT100损坏，为保护电路，R2=R3=13 KΩ。因为PT100的最小电阻值为100 Ω（即0 ℃下的电阻值），为了使A、B两点的电压差小，根据铂热电阻的分度表，取R=96.09 Ω或者92.16 Ω才是合适的，然而现实中最接近的只有R=91 Ω的电阻，所以取R9=91 Ω，这样有利于减小误差。由图可得到A、B两点电压及电桥输出（A、B两点电压差）分别为：
其中UA的值随工作环境温度的变化而变化。UA、UB为后面放大电路的输入电压。利用由R1、R5、R7、R10和NE5532芯片组成求差放大电路，该基本减法电路的输出电压为：
其放大倍数为：
输出C点后面加入电压比较电路，由R4、R11和NE5532芯片组成。比较NE5532运放输入端5脚和6脚间的电压大小，当UC>UD时，即测量温度大于设定温度时，输出电压UE为12 V，此时LED灯亮，进行报警。这里可调电阻R4的作用是设置电压预值，通过改变R4就可以改变D点电压进行电压预设；R6起的是限流和隔离作用，使左右两边的电路不受干扰；C1起的是滤波作用。
3 测试结果
根据设计焊接完成的电路，测量温度30～100 ℃对应的电阻值的数据记录如表1所示。
通过GRAPH软件，根据实测值及利用PT100标准分度表制作的函数图如图4所示。其中，红色线为实际的测量数据，蓝色为标准分度表，两者比较符合（说明：上方为红色线，下方为黑色线）。
在此采用分度表上的数据进行公式计算，得出：
结合式3、4得出通过电路放大后，输出电压UC与温度间的关系式为：
这里输入电源电压VCC=5 V，K=100，R2=R3=13 000 Ω，R9=91 Ω，则式6为：
4 结语
基于PT100铂热电阻的温度传感器结构简单，成本低，性能稳定，是比较理想的温度数据采集器。工业生产过程中结合工控机可达到温度采集、加热冷却等控制功能。
参考文献
[1]朱杰.基于A类铂电阻的弹体温度采集系统研究[J].科学技术与工程，2013（9）.
[2]pt100热电阻[EB/OL].http：//baike.so.com/doc/6742815-6957342.html.
温度传感器的应用技术 篇12
随着电子技术的发展, DSP技术越来越多地被应用到信号采集与编码系统中, 以达到对信号快速、精确、实时处理与控制的要求, 并且能有效地提高系统的搞干扰能力。
将MAXIM公司的温度传感器MAX6662应用到以DSP为核心处理器的控制平台中, 在设计时发现, DSP2812芯片的SPI接口属于标准四线制接口, 而MAX6662是三线制接口, 输入输出共用了同一个信号线, 此时的应用就表明两者无法直接相连。对于这类的数字电路应用, 通常来说对时序和逻辑控制的要求非常严格, 所以在DSP和传感器之间加入了CPLD芯片, 通过CPLD进行协处理工作, 实践证明此种方法可靠并且稳定。
1 MAX6662芯片介绍
1.1 管教定义及基本特性
MAX6662是MAXIM公司推出的一款12位+符号位的温度传感器, 该芯片采用了标准SO-8封装。在单片封装中还集成了可编程过温报警和三线SPI串行接口, 它是用内部A/D (ADC) 转换器将其管芯温度转换为数字量, 温度数据以13位字形式存储在温度寄存器中。分辨率为0.0625℃, 温度数据可在任意时刻通过串口读取。工作温度范围较宽, 达到-55℃~+150℃, 适用于军品级应用系统的使用环境。图1所示为MAX6662的管教定义, 图2所示为MAX6662的内部结构。
主要信号接口如下:
SCLK:与串线端口对应的串线时钟输入;
CS:片选输入, 低电平有效;
SIO:串线数据输入输出, 双向的数据串线接口;
/OT:高温报警;
/ALERT:低温报警。
MAX6662提供两个可编程看门狗中断输出, /ALERT用于低温报警, /OT用于高温报警, 可关断电源。MAX6662具有关断模式, 在该模式下除串口外其他电路均被禁止工作, 可有效节省功耗。MAX6662的串行接口由片选信号 (CS) 、时钟信号 (SCLK) 和输入输出数据信号 (SIO) 构成。其中 (SIO) 是一个双向的数据接口, 运用时应将其进行适当处理才可以和标准的SPI四线制串线接口对接使用。
1.2 工作过程与应用时序
MAX6662的特点是有一个可编程的关断模式, 在配置寄存器里设置关断位为1以便于停止。在关断模式里, 除了电源复位POR和串行接口, 其它都是被禁止的, 但储存在所有寄存器里的信息都会被保留。该器件每0.5秒即可完成一次温度转换。其中, 片内的温度寄存器自动保存来自最后的温度转化结果。
片选信号 (CS) 和连续时钟信号 (SCLK) 只受主程序 (外部) 驱动, 双向数据线 (SIO) 受主程序和MAX6662的共同驱动。当芯片选择 (CS) 为高时, MAX6662不响应脉冲和数据线的任何活动行为;当芯片选择 (CS) 为低时;为选通有效状态, 转换处理开始。一个有效的处理正好包含 (SCLK) 提供的24个脉冲周期, 多于或少于24个脉冲的任何传递信号都会被忽视。当进行写操作时, 数据在 (SCLK) 信号的上升沿被写进MAX6662。当进行读操作时, 数据在 (SCLK) 信号的下降沿被读取。命令字节和数据字最重要的位 (MSB) 先写进 (或读取) 。前8个时钟周期为命令字节 (每字节一位) 。命令字节是通过 (SIO) 数据线输入MAX6662, 后面紧随16个数据时钟周期。依靠命令字节的16个数据时钟周期受主程序或MAX6662驱动。如果MAX6662正在驱动 (SIO) , 它的起点在第8个时钟的下降沿, 一直达到 (CS) 的上升沿。第8个时钟周期下降沿的数据是可用的。图3所示为一个有效的串行接口转换。
1.3 温度值编码
温度寄存器是一个13位的只读寄存器, 用于存储12位二进制的转换数据和一位符号位。理论上, 该芯片测量的温度范围可达255℃, 实际上, 内部温度传感器能确保的温度范围为-55℃至+155℃, 表1所示为温度数据格式。
2 应用电路设计
2.1 MAX6662与DSP2812的硬件接口设计
选择CPLD作为MAX6662与DSP2812之间的协处理器, 不仅因CPLD适合于时序、组合等逻辑电路应用场合, 还具有多I/O引脚、可编程性和实现方案容易改动等特点。图4所示为MAX6662与DSP2812硬件接口。
如图4中, 同步时钟 (SCLK) 线是同步主设备和从设备之间串行数据传输的时钟基准, 由主设备输出并决定其传输速率。主输出从输入 (SPISIMO) 线, 主输入从输出 (SPISOMI) 线, (SPISTE) 作为从设备的选通引脚, 将数据传送到串行数据线。GPIO为DSP的I/O引脚, 设置为温度传感器的读写信号。CPLD对其选通信号, 读写信号和数据线作了处理, 然后和温度传感器进行通讯。
2.2 DSP接口软件设计
SPI作为一种高速串行接口, 接口协议要求接口设备按主-从方式进行配置, 且同一时间内总线上只能有一个主设备。将DSP2812的SPI设置为主模式, 通过SPICLK引脚位给MAX6662提供时钟信号, 以下为DSP的软件配置:
SPICCR=0x0f;//设置时钟为上升沿, 16位字符长度
SPICTL=0x0f;//使能主模式, 有延时相位
SPIBRR=0x7f;//波特率设置
SPIPRI=0x20;//发送完移位寄存器和缓冲器中数据后停止工作
SPICCR=0x8f;//SPI软件复位
这里应该注意的是, 在调试过程中可以通过向配置寄存器中写入及读取来判断温度数据的正确性。
2.3 CPLD接口软件设计
所列代码为DSP的标准接口设置, 要想实现传感器的正常转换, 还需在CPLD中作以下处理。图5所示为仿真时序图。
首先, 温度传感器严格按照 (SCLK) 的24个时钟周期完成整个工作流程, 多于或少于24个时钟的任何传递信号都会被忽视。但DSP提供的却是连续32位时钟周期, 所以需要将DSP输出的使能信号 (spieni) 在后八个时钟周期拉高, 来满足传感器的要求。转换结果见图5中信号 (spieno) 。程序如下:
process1 (spiclki, spieni)
begin
if (spieni='1') then——计数器清零
cnt1<=“000000”;——cnt1为定义的信号量
elsif (spiclki'event and spiclki='1') then——上升沿计数
if (cnt1<“100000”) then
cnt1<=cnt1+1;
else
cnt1<=cnt1;
end if;
end if;
end process1;
process2 (cnt1)
begin
if (“011000”<=cnt1 and cnt1<=“100000”) then———第24位时钟周期时使其温度传感器使能信号变为高电平
spieno<='1';
else
spieno<='0';
end if;
end process2;
然后, 对于读写信号 (spiwrcon) , 当DSP从温度传感器中读取温度值时, 必须要先写入控制字, 而该读写信号由DSP的GPIO口控制, 可以自行约定, 笔者设置高为写操作, 低为读操作。所以在执行读操作时, 先将其前八个时钟周期的电平拉高, 写入温度寄存器的控制字, 再使其恢复低电平, 只有这样才能完成读取温度数值的操作。逻辑转换后结果就是图5中的信号 (outrw) 。
此部分程序以上类似, 不再累续。
最后, 三线与四线SPI接口成功转换。当主控制器DSP发送数据时, 数据从 (SPIMISO) 引脚输出传送至 (SIO) 引脚, 从控制器MAX6662接收数据;当从控制器MAX6662发送数据时, 数据从SIO引脚输出传送至 (SPIMOSI) 引脚, 主控制器DSP接收数据。程序如下:
process (outrw)
begin
if (outrw='1') then
spisio<=spimosi;
spimiso<=spisio;
end if;
if (outrw='0') then
spisio<='Z';
spimiso<=spisio;
end if;
end process;
2.4 验证结果
控制字83h, 图6所示为向传感器的配置寄存器写数据;
控制字c3h, 图7所示为从传感器的配置寄存器读数据;
控制字c1h, 图8所示为从传感器的温度寄存器中读取温度数据, 此时温度为24℃。
结束语
温度传感器主要就是用于测量物体表面或空气温度的, 但本设计采用了DSP+CPLD这种结构, 将DSP较强的数据运算能力和CPLD的高集成性、硬件可重复编程性结合在一起, 使系统的设计过程更加合理、紧凑和简化。
SPI作为一种高速串行接口, 具有实现简单、I/O资源占用少和传输速度快的优点。已被应用于越来越多的场合。本系统从硬件和软件协议方面解决了SPI无法由从方发起通信以及传输无反馈的不足之处, 成功实现了DSP与SPI双向通信, 使其具有一定的应用价值。
摘要：MAX6662是MAXIM公司推出的12位数字温度传感器芯片, 广泛应用于制冷、汽车等自动化行业, 但是它的SPI三线制传输有区别于标准的SPI四线制传输协议, 所以给实际应用带来一定的困难。对CPLD与DSP的逻辑控制进行研究, 成功实现了该传感器温度转换的一种典型应用, 最后给出了软件配置和CPLD仿真时序图。
关键词：温度传感器,MAX6662,接口,SPI
参考文献
[1]徐科军, 张瀚, 陈智渊.TMS320X282XDSP原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.