【正文】 力和遲滯等。傳感器的動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工 第 9 頁 共 52 頁 作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因為傳感器對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號 分為 階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀 數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如 果 將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。 LM35 是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內(nèi)部補償，所以輸出可以從 0℃ 開始。 每升高 1176。C，輸出電壓增加 10mV。 即： VoutLM35(T)=10mv/176。C T176。C （ 1） LM35 有多種不同封裝型式 ，外觀如圖 3 所示 。在常溫下， LM35 不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達到 177。1/4℃ 的準(zhǔn)確率。其電源供應(yīng)模式有單電源 與正負雙電源兩種，其引腳如圖 4 所示，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；兩種接法的靜止電流 溫度關(guān)系，在靜止溫度中自熱效應(yīng)低 (℃ )，單電源模式在 25℃ 下靜止電流約 50μA，工作電壓較寬，可在 4— 20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。 圖 3 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 10 頁 共 52 頁 圖 4 單雙電源引腳圖 工作電壓 4～ 30V，在上述電壓范圍以內(nèi)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約 50μA），所以芯片自身幾乎沒有散熱的問題。這么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在電池供電的場合中，輸出可以由第三個引腳取出，根本無需校準(zhǔn)。 目前，已有兩種型號的 LM35 可以提供使用。 LM35DZ 輸出為 0℃ ～ 100℃ ，而 LM35CZ輸出可覆蓋－ 40℃ ～ 110℃ ，且精度更高，兩種芯片的精度都比 LM35 高，不過價格也稍高。 封裝形式與型號關(guān)系 ： TO46 金屬罐形封裝 LM35H,LM35AH,LM35CH,LM35CAH,LM35DH TO220 塑料封裝 LM35DT TO92 封裝 LM35CZ,LM35CAZ LM35DZ SO8 IC 式封裝 LM35DM 規(guī)格參數(shù) ： 工作電壓：直流 4～ 30V； 工作電流：小于 133μA 輸出電壓： +6V～ 輸出阻抗 ： 1mA 負載時 ； 第 11 頁 共 52 頁 精度： ℃ 精度（在 +25℃ 時）； 漏泄電流：小于 60μA； 比例因數(shù)：線性 +℃ ； 非線性值： 177。1/4℃ ； 校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)； 額定使用溫度范圍： 55～ +150℃ 。 1引腳說明： ① 電源負 GND； ② 電源正 VCC； ③ 信號輸出 S； 傳感器參數(shù) 供電電壓 35V 到 輸出電壓 6V 至 輸出電流 10mA 指定工作溫度范圍 LM35A 55℃ to +150℃ LM35C, LM35CA 40℃ to +110℃ LM35D 0℃ to +100℃ 電氣特性 Parameter 參數(shù) Conditions 條件 LM35A LM35CA Units (Max.) 單位 Typical 典型 Tested Limit 測試極限 ( 注4) Design Limit設(shè)計極限 ( 注5) Typical典型 Tested Limit 測試 極限(注 4) Design Limit設(shè)計極限 ( 注5) Accuracy 精度（注 7 ） TA=+25℃ 177。 177。 177。 177。 ℃ TA=?10℃ 177。 177。 177。 ℃ TA=TMAX 177。 177。 177。 177。 ℃ 基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 12 頁 共 52 頁 TA=TMIN 177。 177。 177。 177。 ℃ Nonlinearity非線性 (注 8) TMIN≤TA≤TMAX 177。 177。 177。 177。 ℃ Sensor Gain傳感器增益(Average Slope)平均斜率 TMIN≤TA≤TMAX + +, + + mV/℃ + + Load Regulation 負載調(diào)節(jié) (注3) 0≤IL≤1mA TA=+25℃ 177。 177。 177。 177。 mV/mA TMIN≤TA≤TMAX 177。 177。 177。 177。 mV/mA Line Regulation 線路調(diào)整（ 注3) TA=+25℃ 177。 177。 177。 177。 mV/V 4V≤VS≤30V 177。 177。 177。 177。 mV/V Quiescent Current 靜態(tài)電流 (注 9) VS=+5V, +25℃ 56 67 56 67 μA VS=+5V 105 131 91 114 μA VS=+30V, +25℃ 68 68 μA VS=+30V 133 116 μA Change of Quiescent Current 變化靜態(tài)電流 (注3) 4V≤VS≤30V, +25℃ μA 4V≤VS≤30V μA 第 13 頁 共 52 頁 Temperature Coefficient of Quiescent Current 靜態(tài)電流 /溫度系數(shù) + + + + μA/℃ Minimum Temperature for Rated Accuracy 最低溫度 額定精度 In circuit of Figure 1,IL=0 + + + + ℃ Long Term Stability 長期穩(wěn)定性 T J=TMAX,for 1000 hours 177。 177。 ℃ 由課程任務(wù)書可知：溫度在 15?25℃范 圍內(nèi)連續(xù)可控。因此，只需要單電源模式即可滿足要求。又由于， LM35 輸出的電壓太小，因此 將輸出 進行放大。 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是計算機同外界交換信息所必須的接口器件，因為它能將描述自然現(xiàn)象和生產(chǎn)過程的模擬量轉(zhuǎn)換成便于計算機存儲和處理數(shù)字量。因此，從某種意義上說，沒有 ADC 的廣泛應(yīng)用，就沒有計算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。 ADC 的種類很多，性能各不相同，在實際工作中，選擇 ADC 需考慮的指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換時間、精度、電源、輸入電源范圍、工作環(huán)境、數(shù)字輸出特性、價格等。本系統(tǒng)要求溫度控制誤差在 攝氏度范圍內(nèi)，采用8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器， ADC0809 其最大量化誤差為 1 攝氏度，能夠滿足精度要求。因此，本系統(tǒng)選用 ADC0809 作為 ADC，來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。 ADC0809 由一個 8 路模擬開基于單片機生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 14 頁 共 52 頁 關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù) 字量，當(dāng) OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。其引腳如圖 5所示： IN 0D0D1IN 1D2D3IN 2D4D5IN 3D6D7IN 4E O CIN 5A D D AIN 6A D D BA D D CIN 7A L Ere f( )OES T A R Tre f( + )C L O C KGNDV c cA D C 0 8 0 9 圖 5 ADC0809 引腳圖 多路開關(guān)可選通 8個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條 地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量送入轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 地址鎖存與譯碼電路完成對 A、 B、 C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表 1為通道選擇表 。 第 15 頁 共 52 頁 C B A 被選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 表 1 通道選擇表 ADC0809A/D 轉(zhuǎn)換芯片引腳 功能 ： ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 21～ 28： 8 位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 . ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： A／ D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此 端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 GND：地。 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A，B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換?；趩纹瑱C生物培養(yǎng)液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 第 16 頁 共 52 頁 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入 。本系統(tǒng)中 ADC0809 的轉(zhuǎn)化電路如下圖 6所示。 圖 6 ADC0809 轉(zhuǎn)化電路 放大電路 由于溫度傳感器 LM35 輸出的電壓范圍為 0~,雖然該電壓范圍在 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入范圍允許范圍內(nèi)，但該電壓信號較弱，如果不進行放大直接進行 A/D 轉(zhuǎn)換則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換側(cè)很難過的數(shù)字量太小、精度低。又因為 ADC0809 的輸出電壓為 05V,所以最大可以放大5 倍， 系統(tǒng)中選用通用型放大器 μ A741 對 LM35 輸出的電壓信號進行幅度放大，還可以對其進行阻抗匹配、波形變換、噪聲抑制等處理。系統(tǒng)采取同相輸入，電壓放大倍數(shù)為 5倍，電路 圖如圖 7所示 . 第 17 頁 共 52 頁 圖 7 放大電路 變送器 傳感器是能夠受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱 ,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。當(dāng)傳感器的輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號時，則稱為變送器。變送器的概念是將非標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號的儀器，傳感器則是將物理信號轉(zhuǎn)換為電信號的器件 。 變送器則是把傳感器采集到的微弱的電信號放大以便轉(zhuǎn)送或啟動控制元件?；?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號同時放大以便供遠方測量和控制的信號源。根據(jù)需要還可將模擬量變換為數(shù)字量。傳感器和變送器一同構(gòu)成自動控 制的監(jiān)測信號源。不同的物理量需要不同的傳感器和相應(yīng)的變送器。 溫度控制電路 溫度控制分為兩部分：①加熱控制電路 ②降溫控制電路 控制電路可以采用繼電器來實現(xiàn)， 控制繼電器根據(jù)某種信號的變化接通或斷開控制電路，實現(xiàn)控制目