【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的參數(shù),檢測(cè)溫度的器件是溫度傳感器,溫度傳感器是應(yīng)用系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)世界的紐帶,其種類最多,應(yīng)用最廣,發(fā)展最快。這就需要正確的選擇相應(yīng)的溫度傳感器。多點(diǎn)溫度檢測(cè)在現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如糧庫、程控交換機(jī)室、大型溫室等場(chǎng)合都需要大范圍集散分布監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控。在現(xiàn)代社會(huì)中，許多情況下需要溫度測(cè)量，用來測(cè)量溫度的傳感器種類很多，熱敏電阻器就是其中之一。熱敏電阻靈敏度高、穩(wěn)定性好、體積小、電阻值大等特點(diǎn),已廣泛于溫度測(cè)量和控制領(lǐng)域。在所有被動(dòng)式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時(shí)電阻的變化)最高，在溫室大棚內(nèi)，溫度測(cè)量精度一般在177?！?186。C 左右，在這種情況下，熱敏電阻的引線長(zhǎng)度在 100—200 米，對(duì)測(cè)量造成的誤差可以忽略不計(jì)，使測(cè)量系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)單、使用方便 [1]。本設(shè)計(jì)介紹一種基于單片機(jī)控制的四個(gè)圈范圍的熱敏電阻溫度測(cè)量系統(tǒng)。是基于熱敏電阻的高電阻的特性，應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行頻率法的溫度測(cè)量，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高的特點(diǎn)。單片機(jī)的使用，使測(cè)量過程中的非線性化校正，變得更加方便、實(shí)用。本糧庫溫度單片機(jī)測(cè)控裝置設(shè)計(jì)系統(tǒng)是利用熱敏電阻這類溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行大范圍的采樣，采樣所得溫度是局部范圍的平均溫度，然后將熱敏電阻電路經(jīng)由單片機(jī) T0 口計(jì)數(shù)所測(cè)得的頻率值進(jìn)行對(duì)比，查找適合的頻率段，然后經(jīng)單片機(jī)輸出，轉(zhuǎn)換為七段顯示碼，最終由接口電路輸出，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)數(shù)碼顯示管。并能將數(shù)據(jù)發(fā)送到 PC 機(jī)上。糧食倉庫一般的溫度屬于常溫，故此本設(shè)計(jì)測(cè)量的溫度為 0℃～50℃。測(cè)量基本單位 1176。C，精度還算較高。本設(shè)計(jì)采用型號(hào)為 mfh1033950 的熱敏電阻進(jìn)行的溫度監(jiān)控，用一個(gè)74LS153 對(duì)由 555 振蕩電路組成的四圈熱敏電阻電路進(jìn)行選擇，74LS153 另一端接單片機(jī)AT89C51 的 T0 端，對(duì)熱敏電阻電路發(fā)出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，再經(jīng)單片機(jī)（AT89C51）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過頻率溫度轉(zhuǎn)換得出被測(cè)溫度平均值，并保存數(shù)據(jù)，以備發(fā)送給 PC 機(jī)，并將數(shù)據(jù)送往兩個(gè)七段顯示器顯示溫度。同時(shí)若溫度高于 50176?；虻陀?0176。則響報(bào)警器。本設(shè)計(jì)目前還存在一些問題，那就是在測(cè)量的精度上還不夠精確，測(cè)量的點(diǎn)不夠多，測(cè)量的靈活性不夠，需要進(jìn)一步的改進(jìn)。第 2 章 總體方案設(shè)計(jì)圖 21 設(shè)計(jì)原理圖圖 21 中，555 時(shí)基集成電路，是一個(gè)典型的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器,AT89C51 單片機(jī)。 為抗干擾濾波電容，f 是頻率信號(hào)輸出。f=（C1*（R0+2*Rt ） ）從上式可以看出，當(dāng) CR1 為固定值時(shí)，555 時(shí)基電路的輸出頻率 f 僅僅與熱敏電阻 Rt 有關(guān),而熱敏電阻的阻值 Rt 與測(cè)量的溫度有關(guān)。因此，需要測(cè)量的溫度由 Rt 熱敏電阻轉(zhuǎn)換成電阻值，通過 555 時(shí)基電路轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，單片機(jī)通過 （T0 口）對(duì)頻率進(jìn)行測(cè)量，就可以計(jì)算出測(cè)量的溫度值 [2]。 總體方案選擇方案 1 使用集成溫度傳感器，例如電流型傳感器 AD590，經(jīng)外接電阻后輸出電壓信號(hào)，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后顯示出來，達(dá)到測(cè)量溫度的目的，而且AD590 為電流型傳感器，電流不會(huì)受到電壓降和感應(yīng)電壓的影響，所以適合于用來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量。但硬件電路復(fù)雜，不僅線路復(fù)雜，難以消除硬件元器件參數(shù)隨溫度變化而引起溫度測(cè)量誤差，且成本相對(duì)較高，而且不便大范圍測(cè)量，經(jīng)濟(jì)效益差。方案 2 由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，再將其隨被測(cè)溫度變化的電阻阻值變化，經(jīng)公式得出熱敏電阻的溫度頻率關(guān)系，利用溫度頻率法進(jìn)行測(cè)量，只需要用單片機(jī)對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以得到相應(yīng)溫度值，在經(jīng)過簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)的理，將數(shù)據(jù)輸出到顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來，且硬件電路較為簡(jiǎn)單，而且便于大范圍測(cè)量，變化率較大，固有電阻大，無需延長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)的誤差補(bǔ)償，造價(jià)低經(jīng)濟(jì)效益好，測(cè)量精度高，具有極高的實(shí)際生活價(jià)值。從以上兩個(gè)方案對(duì)比可知，方案 2 的硬件電路簡(jiǎn)單，而且適合大范圍測(cè)量，所以選擇方案2。 總體設(shè)計(jì)流程本溫度檢測(cè)系統(tǒng)利用高精度熱敏電阻溫度傳感器采樣環(huán)境溫度，利用熱敏電阻阻值與頻率的關(guān)系實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)，首先利用單片機(jī) T0 口讀入脈沖值，再經(jīng)單片機(jī)加工處理，轉(zhuǎn)查詢相應(yīng)的七段顯示碼，最終由接口電路輸出，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管，并能向 PC 機(jī)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。 總體設(shè)計(jì)方框圖圖 22 總體設(shè)計(jì)方框圖 電阻頻率溫度轉(zhuǎn)換流程 總體方案性能指標(biāo)（1） 、熱敏電阻串聯(lián)分布四圈（2） 、測(cè)溫范圍 0176。C～50176。C。（3） 、溫度誤差不大于177。 ℃。（4） 、溫度顯示同時(shí)顯示熱敏電阻圈，及其對(duì)應(yīng)的溫度。圖 23 電阻頻率溫度轉(zhuǎn)換流程圖（5） 、采用 AT89C51 片機(jī)，具有遠(yuǎn)程通訊功能。第 3章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)單片機(jī) T0 端檢測(cè) 555 與熱敏電阻組成的回路所發(fā)出的脈沖，單片機(jī) T1 定時(shí)，當(dāng)定時(shí)結(jié)束，計(jì)數(shù)也隨之結(jié)束，然后進(jìn)入程序計(jì)算出溫度值，經(jīng)過處理后得到所測(cè)量的溫度值，再經(jīng)單片機(jī)加工處理，轉(zhuǎn)換為七段顯示碼，最終由接口電路輸出，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管。并將溫度值通過單片機(jī)的串口發(fā)送到 PC 機(jī)。本設(shè)計(jì)選用單片機(jī) AT89C51，選定晶振頻率為 12MHz。AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器（FPEROM —Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 [3]。（1） 、主要性能參數(shù)：與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz－24MHz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM32 個(gè)可編程 I／O 口線2 個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器6 個(gè)中斷源可編程串行 UART 通道低功耗空閑和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路（2） 、管腳說明：VCC：供電電壓。 　　GND：接地。 　　P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高 [4]。 　　P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 　　P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè)TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 圖 31 AT89C51 芯片引腳分布圖　　P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng)P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 31 所示：表 31 特殊功能口端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸入口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時(shí)/計(jì)數(shù) 0 外部輸入） T1（定時(shí)/計(jì)數(shù) 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）　　RST ：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 　　/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 　?。?） 、振蕩器特性: 　　XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。AT89C5l 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖 32。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容 CC2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF177。10F。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖 32 右圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空?qǐng)D 32 AT89C51 振蕩電路由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。（4） 、空閑節(jié)電模式AT89C51 有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（即電源控制寄存器）中的PD（）和IDL（ ）位來實(shí)現(xiàn)的。PD 是掉電模式，當(dāng)PD=1 時(shí)，激活掉電工作模式，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當(dāng)IDL=1，激活空閑工作模式，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如需同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即PD 和IDL同時(shí)為1，則先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止 [5]。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL（）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。程序會(huì)首先響應(yīng)中斷 [6]，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復(fù)位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是，當(dāng)由硬件復(fù)位來終止空閑工作模式時(shí)，CPU 通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬