多路温度自动巡检系统

摘 要：设计了一种8路温度巡检仪，能够对8通道循环检测温度，当温度超过上限时，实现报警功能。硬件上，利用半导体集成温度传感器检测温度，由单片机控制，进行A/D转换，在显示器上显示测量出的温度。软件上，单片机编程以实现对各测试点温度值的检测和集中管理。

关键词：温度传感器； 巡回检测； A/D转换； 液晶显示

中图分类号：TN87-34

文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2011)09-0124-03

Multi-channel Temperature Automatic Inspection System

LIU Wen-xiu1，GUO Wei2，YU Bo-nian1

(1. School of Automation, Shaoguan University, Shaoguan 512005, China;

2.Guangdong Shaoguan Big Jiangnan Electric Engineering Company, Shaoguan 521005, China)

Abstract： A kind of 8-channel temperature inspection instrument is designed, which can circularly detect temperature of 8-channel and realize alarm function when temperature exceeds the maximum limitation. For the hardware, integrating temperature sensor by semiconductor to detect temperature and performing the A/D conversion by single-chip microcomputer control for displaying the measured temperature on display. For the software, programming by the SCM for detecting and managing each test point temperature.

Keywords： temperature sensor; detection; A/D conversion; LCD display

0 引 言

温度是工农业生产中常见的工艺参数之一，许多产品对温度范围要求严格，对温度的控制好坏直接影响产品的质量。因此，在工农业生产中常常对温度不仅要不断地测量，而且要对温度进行控制。特别是遇到温度超过我们设定的温度时，系统还会以报警的方式通知我们。目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时还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，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。

本文介绍了一种以单片机为基础［1］，利用半导体集成温度传感器检测温度而制作的八路温度巡检系统，可通过液晶显示器显示温度，当温度高于设定值时，执行报警程序［2］。

1 系统设计方案

设计主要包括五大部分：温度信号检测及放大部分、单片机、A/D转换部分、温度显示部分及报警电路。多路温度巡检仪框图如图1所示。

图1 多路温度巡检仪框图

系统首先将温度经温度传感器［3］及放大电路变换成与温度成线性关系的电压信号，然后送到A/D转换器，最后通过数字显示器显示出测量的温度，当温度超过标定的温度时就报警。其中A/D转换、显示及报警都是由单片机来完成。

2 硬件系统设计

2.1 温度检测电路

AD590是电流型温度传感器［4］，通过对电流的测量可得到所需的温度值。它是一种二端元件，属于一种高阻电流源，其典型的电流温度灵敏度是1 μA/K。由AD590组成的测温电路如图2所示。

图2中的OP07是高精度低失调的精密运放集成电路，用于微弱信号的放大，如果使用双电源，能达到最好的放大效果。它的电源电压范围为-22~-3 V, 3~22 V，输入噪声电压幅度为0.35 μV(0.1~10 Hz)，共模抑制比为126 dB，共模输入电压范围为-14~+14 V。

图2 由AD590组成的测温电路

图2中的MC1403是精密低压基准电源，一般用作8~12 b的A/D芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。输出电压为2.5 V，静态电流为1.2 mA，工作环境温度为-55~+125 ℃。

因为运算放大器的反相输入端电位VN≈0 V，故由基准源MC1403提供的电流为I0为：

I0=VREFRp1+R1=2.5Rp1+R1

调节Rp1即可改变I0的大小。

AD590输出电流的温度灵敏度为1 μA/K。设要测量的环境温度为T(单位：℃)，则流过AD590的电流It为：

It=1×(T+273.15)=T+273.15

通过反馈支路的电流If=It－I0=T+273.15－2.5Rp1+R1，可见若要使If=T，只要调节电位器Rp1即可。此时放大器的输出电压为：

U0=(R2+Rp2)•If=(R2+Rp2)×T

若要得到10 mV/℃的灵敏度输出，可选用R2=9.1 kΩ，Rp2=2 kΩ。故Rp1为调零电位器，Rp2为标定灵敏度电位器。

要进行八路温度的巡检，就要采用以上8个相同的温度检测放大电路。

2.2 A/D转换电路

随着大规模集成电路制造技术的不断发展，各种大规模集成A/D转换器相继出现。要对8路模拟信号进行A/D转换、数据处理、显示控制等，可以选用ADC0809和ICL7107两种集成电路。这两种集成电路都可以完成A/D转换、数据处理、显示控制等功能。但ADC0809比ICL7107具有电路简单，容易控制的优点，故选用ADC0809［5］。

ADC0809与单片机C51［6］的接口电路如图3所示。

ADC0809的时钟信号CLK由单片机的地址锁存允许信号ALE提供，单片机晶振频率为12 MHz，则ALE信号经分频输出为500 kHz，满足CLK信号低于640 kHz的要求。当P2.7和WR同时有效时，以线选方式启动A/D转换同时使ADC0809的ALE有效，P0口输出的地址A2,A1和A0经八位锁存器74LS373的Q2,Q1,Q0输出到ADC0809的ADDC,ADDB,ADDA，选定转换通道，IN0~IN7地址为7FF8H~7FFFH;当P2.7和RD信号同时有效时，OE有效，输出缓冲器打开，单片机接受转换数据。

图3 ADC0809与C51的连接

由于ADC0809片内无时钟产生电路，可利用8051提供的地址锁存允许信号ALE经D触发器二分频后获得。将P2.7作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号WR和P2.7控制ADC0809的地址锁存和转换启动。由于AIE和START连接在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时，启动并进行A/D转换。再读取转换结果时，用单片机的读信号RD和P2.7给一级或非门形成的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。P2.7与ADC0809的ALE,START和OE之间有如下关系：

ALE=START=(WR+P2.7)

OE=(RD+P2.7)

2.3 MCS-51单片机

MCS-51是一个单片机系列产品［7］，具有多种芯片型号。按资源配置数量，MCS-51系列分为51和52两个子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列则是增强型，以芯片型号的最末位数字的“1”和“2”作标志。52作为增强型子系列，由于资源数量的增加，使其芯片的功能也有所增强。

系统的控制电路由单片机80C51为核心元件，加上电路，装入ADC0809的A/D转换程序和液晶显示内部程序就可以进行数据控制。

单片机80C51的INT1脚外接电路是一报警电路，当INT1脚输出为高电平时不报警；当待转换信号超出了温测范围，INT1脚输出低电平，这时就会报警。

单片机80C51内部含有振荡电路，就只需要在XTAL1和XTAL2这两个管脚外接晶体振荡器作为振荡源，振荡信号经内部电路整形作为单片机的主频信号。在RST管脚外接了手动复位和上电复位两种复位电路。

通过T0,T1脚接的按键S1和S2可以实现选择测温通道，实现定点检测：在检测时，当需要检测显示某个通道时，按下S1按键就选择第一路温度检测，再按一次S1按键，则选择到第二路温度检测，再按一次S2就显示第一通道，以此类推，当按到所需要的通道时，停下来就显示该通道的数据，以实现通道检测的切换。

2.4 温度显示电路

温度显示电路使用的是液晶显示，液晶显示比LED数码管显示要简便，电路元件也较少。LCD1602是一种液晶显示器件。

温度显示电路如图4所示。

R32用于调节显示的对比度，15脚、16脚外接一个5 V的背光电压。

LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。

3 软件系统设计

当检测到的温度信号送至A/D转换电路时，程序初始化，当送入到P0口的模拟信号是高电平，则通过P0口送入80C51进行数字信号处理，数据处理完后经P1口送到显示器显示，如送入到P0口的模拟信号不是高电平，则返回。

主程序的流程图如图5所示。

图4 温度显示电路

图5 主程序流程图

中断程序流程图如图6所示。A/D转换流程图如图7所示。

图6 中断程序流程图

图7 A/D转换流程图

4 结 语

系统采用半导体集成温度传感器AD590［9］。AD590温度传感器不但实现了温度转换为线性化电量，而且精度高、互换性好、应用简单方便［4］，并且可把输出的电信号经A/D转换为数字信号，以发挥其实时和准确的特点。

总之，与水银温度计、铜-镍热电偶温度计及半导体热敏电阻温度计相比［10］，AD590具有线性好,测温不需要参考点及消除电源波动等优点，因此在常温范围内可以取代它们，广泛的应用于科技和工业领域中。

参考文献

［1］张新荣.基于单片机的多路温度监测系统设计［J］.工业控制计算机，2010，23(7):95-98.

［2］张攀峰.基于SN8P2604单片机和DS18B20的多路温度测控系统［J］.陕西科技大学学报:自然科学版，2010，28(3)：96-98.

［3］陈杰.传感器与检测技术［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［4］朱蕴璞.传感器原理及应用［M］.北京:国防工业出版社,2005.

［5］李群芳,张士军.单片微型计算机与接口技术［M］.北京：电子工业出版社，2005.

［6］房晓翠,王金风.单片机实用系统设计技术［M］.北京:国防工业出版社,1999.

［7］高峰.单片微机应用系统设计及实用技术［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［8］刘亮.先进传感器及其应用［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［9］黄贤武.传感器原理与应用［M］.成都:电子科技大学出版社,1999.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文