【正文】 art of the process。它是人類探知自然界信息的觸覺，為人們認識和控制相應的對象提供條件和依據(jù)。在信息化社會，幾乎沒有任何一種技術的發(fā)展和應用能夠離得開傳感器和信號探測技術的支持。傳感器技術是一項當今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來的高技術之一，也是當代科學技術發(fā)展的一個重要標志。傳感器技術是測量技術、半導體技術、計算機技術、信息處理技術、微電子學、聲學、精密機械、材料科學等眾多科學相互交叉的綜合性高新科技技術密集型前沿技術之一，廣泛應用于航天、航空、國防科研、信息產(chǎn)業(yè)、機械、電力、能源、交通、冶金、石油、建筑、郵電、生物、醫(yī)學、環(huán)境保護、災害預測預防、農(nóng)業(yè)、機器人、家電等各個領域，可以說幾乎滲透到人類活動的各個領域。其測量控制一般應用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。金屬鉑的電阻值隨溫度變化而變化基本成線形關系，并且具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，測量精度高，是目前公認制造熱電阻的最好材料。第二節(jié) 國內外研究的發(fā)展及現(xiàn)狀一、溫度傳感器的的概述及發(fā)展現(xiàn)狀二十一世紀是人類全面進入信息電子化的時代，作為現(xiàn)代信息技術的三大核心技術之一的傳感技術，將是二十一世紀世界各國在高新技術發(fā)展方面爭奪的一個重要領域，其水平高低是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志之二。八十年代以來，西方國家一直將此列為重點發(fā)展高新技術。目前全行業(yè)正在執(zhí)行“十一五”計劃，MEMS等5項新型傳感器已列入研究開發(fā)的重點。傳感器作為信息技術的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究和生活等領域，數(shù)量高居各種傳感器之首。同時多種高精度、高分辨力的溫度傳感器已在相繼推出與研制。轉換時間分別僅為27us。近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段：1．傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；2．模擬集成溫度傳感器／控制器；3．智能溫度傳感器。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在二十一世紀九十年代中期闖世的。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器、隨機存取存儲器和只讀存儲器。進入二十一世紀后智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、‘開發(fā)基于傳感器硬件和計算機平臺、并通過軟件開發(fā)而成的，利用軟件可完成傳感器的標定及校準，以實現(xiàn)最佳性能指標的虛擬傳感器和包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡接口和處理單元的網(wǎng)絡傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展”二、傳感器檢測技術概述及發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)設備在制造過程及整機性能測試中離不開各種機械量和幾何量，有些工業(yè)設備在運行中還要經(jīng)常對多種物理量進行檢測或監(jiān)視，實際生產(chǎn)、生活和科學實驗中還會遇到化學量、生物量(包括醫(yī)學)，而所有這一切，從信號工程的角度來看，都需要通過傳感器，將其轉換成電信號(近代還可以轉換成光信號)，而后再進行信號的傳輸、處理、存儲、顯示、控制從信息的角度看，這些信號連同聲音和圖象信息都是信息的源頭，所以傳感器和檢測儀表、測量儀表是信息科學技術的三部分(信息獲取、信息傳輸、信息處理)中的重要部分。綜上所述，作為工業(yè)設備本身增加傳感器和檢測儀表、測量儀表或提供接口，是傳統(tǒng)設備更新?lián)Q代的必要條件。新型傳感器的特點是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化，它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導致建立新型工業(yè)，是二十一世紀新的經(jīng)濟增長點。微電子機械加工技術，包括微機械加工技術、表面微機械加工技術、LIGA技術(X光深層光刻、微電鑄和微復制技術)、激光微加工技術和徽型封裝技術等。傳感器的檢測儀表，在微電子技術基礎上，內置微處理器，或把微傳感器和微處理器及相關集成電路(運算放大器、A/D或D/A、存貯器、網(wǎng)絡通訊接口電路)等封裝在一起完成了數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化。除MEMS外，新型傳感器的發(fā)展還有賴于新型敏感材料、敏感元件和納米技術，如新一代光纖傳感器、超導傳感器、焦平面陳列紅外探測器、生物傳感器、納米傳感器、新型盆子傳感器、微型陀螺、網(wǎng)絡化傳感器、智能傳感器、模糊傳感器、多功能傳感器等。有鑒于傳感器技術的微型化、智能化程度提高，在信息獲取基礎上，多種功能進一步集成以至于融合，這是必然的趨勢。多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義概括為：把分布在不同位置的多個同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計算機技術對其進行分析，消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補，降低其不確定性，獲得對被測對象的一致性解釋與描述，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息。由于它比單一傳感器信息有如下優(yōu)點，即容錯性、互補性、實時性、經(jīng)濟性，所以逐步推廣應用。三、數(shù)據(jù)采集技術概述及發(fā)展現(xiàn)狀信息社會的發(fā)展，在很大程度上取決于信息與信號處理技術的先進性。數(shù)據(jù)采集技術(Data Acquisition)是信息科學的一個重要分支，它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存貯、處理以及控制等作業(yè)。相應的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。后者對被測設備進行數(shù)據(jù)采集并轉換成數(shù)字信號，經(jīng)由現(xiàn)場總線上傳至上位機，經(jīng)上位機進行處理后，對現(xiàn)場設備進行控制，適用于對多個現(xiàn)場設備進行遠程監(jiān)控與維護的場合。與此同時，將計算得到的數(shù)據(jù)進行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中一部分數(shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計算機控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。采用這種設計，系統(tǒng)制造簡單、成本低。第三節(jié) 本課題研究的內容通過查閱國內外相關文獻資料，了解數(shù)字溫度計的發(fā)展歷程，對數(shù)字溫度計的現(xiàn)狀，技術水平和發(fā)展趨勢有一個初步的認識和了解；研究溫度傳感器的理論原理和發(fā)展應用；研究溫度的采集過程，將微弱的模擬信號進行放大，及其通過單片機處理過后怎樣將溫度顯示出來；研究由于溫度與電阻值的非線性變換，采用怎樣的校正電路進行校正。PT后的100即表示它在0℃時阻值為100歐姆，在100℃。向PT100輸入穩(wěn)恒電流，再通過A/D轉換后測PT100兩端電壓，即得到PT100的電阻值，進而算出當前的溫度值?！娴奶匦?，計算出當前溫度值。pt1000LM324ADC0804轉換器AT89C51單片機數(shù)碼管顯示圖21 電路設計總體設計方框圖第二節(jié) 單片機一、AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（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。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。二、管腳說明如圖22為AT89C51引腳圖,各引腳功能說明如下:圖22 AT89C51引腳圖VCC: 電源GND: 地P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。程序校驗時，需要外部上拉電阻。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此外，（）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（）。對P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2口送出高八位地址。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，對P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。P3口亦作為AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表21所示?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出69個晶振周期的高電平。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。這一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。該反向放大器配置為片內振蕩器時，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。四、芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。第三節(jié) 溫度傳感模塊一、PT100介紹鉑電阻是用很細的鉑絲(～)繞在云母支架上制成，是國際公認的高精度測溫標準傳感器。鉑電阻在中溫(200～650℃)范圍內得到廣泛應用。它的電阻—溫度關系的線性度非常好,在200～650℃溫度范圍內線性度已經(jīng)非常接近直線。PT后的100即表示它在0℃時阻值為100歐姆，在100℃。表22 溫度與電阻值的對應關系溫度/℃50301001020阻值/Ω溫度/℃30507090100110阻值/Ω二、PT100測溫原理常用的Pt電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點是將PT100的兩側相等的的導線長度分別加在兩側的橋臂上，使得導線電阻得以消除。本設計采用恒流源式測溫電路。圖23 pt100與恒流源接線圖輸出信號U=IR(I=，R是pt100的電阻)。第四節(jié) 模數(shù)轉換模塊一、A/D轉換概念：A/D轉換即模數(shù)轉換（Analog to Digital Conversion），輸入模擬量（比如電壓信號），輸出一個與模擬量相對應的數(shù)字量（常為二進制形式）。當輸入的電壓從從0V到5V變化時，輸出的數(shù)字量從0000 0000到1111 1111變化。二、分辨率概念：分辨率是指使輸出數(shù)字量變化1時的輸入模擬量，也就是使輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬量的變化值。FS表示滿量程輸入值，n為A/D轉換器的位數(shù)。顯然，位數(shù)越多,分辨率就越高。即=0時,該芯片才能正常工作，高電平時芯片不工作。RD：啟動ADC0804進行ADC采樣，該信號低電平有效，即信號由低電平變成高電平時，觸發(fā)一次ADC轉換。VIN（+）和VIN（）：模擬電壓輸入端，單邊輸入時模擬電壓輸入接VIN（+）端，VIN（）端接地。當輸入的模擬電壓信號存在“零點漂移電壓”時，可在VIN（）接一等值的零點補償電壓，變換時將自動從VIN（+）中減去這一電壓。CLK IN和CLK R：外接RC振蕩電路產(chǎn)生模數(shù)轉換器所需的時鐘信號，時鐘頻率CLK = 1/，一般要求頻率范圍100KHz～1460KHz。INTR：轉換結束輸出信號，低電平有效，當一次A/D轉換完成后，將引起=0，實際應用時，該引腳應與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如51單片機的，腳），當產(chǎn)生信號有效時，還需等待=0才能正確讀出A/D轉換結果，若ADC0804單獨使用，則可以將引腳懸空。補充說明：ADC0804片內有時鐘電路，只要在外部“CLK IN（引腳4）”和“CLKR（引腳19）”兩端外接一對電阻電容即可產(chǎn)生A/D轉換所要求的時鐘，其振蕩頻率為fCLK≈1/。若采用外部時鐘，則外部fCLK可從CLK IN 端送入，此時不接R、C。四、ADC0804工作過程如圖25所示，ADC0804的工作時序圖(Timing Diagrams)：圖25給出的其實就是使ADC0804正確工作的軟件編程模型。注：ADC0804使用手冊中給出了要正常啟動AD轉換的低電平保持時間tW(WR)I的最小值為100ns,即拉低后延時大于100ns即可以，具體做法可通過插入NOP指令或者調用delay()延時函數(shù)實現(xiàn)，不用太精確，只要估計插入的延時大于100ns即可。注：手冊中給出了內部轉換時間“INTERNAL Tc”的時間范圍為62～73個始終周期，因此延時等待時間應該至少為8+73=81個時鐘周期。所以該步驟至少應延時81*Tclk=. 具體做法可通過插入NOP指令或者調用delay()延時函數(shù)實現(xiàn)，不用太精確。注：手冊中給出了tACC的典型值和最大值分別為135ns和200ns，因此將引腳拉低后，等待大于200ns后即可從DB讀出有效的轉換結果。對采樣值進行運算變換，換算出實際的滑動變阻器輸入電壓值。Dsample：ADC轉換后的二進制值。Dmax：ADC能夠表示的刻度總數(shù)。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。兩個信號輸入端中，Vi（）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。圖27 LM324引腳圖LM324系列由四個獨立的，高增益，內部頻率補償運算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營。應用領域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實現(xiàn)的電路。15V電源標準的5V電源電壓。℃，溫度增加1℃時ADC至少要增加1。~5v之間。用LM324設計放大25倍電路。3是輸入端1是輸出端U=U0（1+R7/R6），放大倍數(shù)A=U/U0=25。一、LED顯示原理常見的LED數(shù)碼管為“8”字型的，共計8段。有共陽極和共陰極兩種，如圖29所示。當陽極為高電平時，發(fā)光二極管發(fā)光。 圖29 8段LED數(shù)碼管結構及外形LED數(shù)碼管中還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點。為了使數(shù)碼管顯示不同的符號或數(shù)字，實際上是確定哪些段發(fā)光、哪些段不發(fā)光，就要為LED數(shù)碼管提供段碼（字型碼）。正好是一個字節(jié)。各段與字節(jié)中各位對應關系如表23所示。N根位選線和8N條段碼線。圖210 4位LED顯示器的構成1．LED靜態(tài)顯示方式無論多少位LED數(shù)碼管，同時處于顯示狀態(tài)。如果送往各個LED數(shù)碼管所顯示字符的段碼一經(jīng)確定，則相應I/O口鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個字符的段碼為止。靜態(tài)顯示器電路，各位可獨立顯示，靜態(tài)顯示方式接口編程容易，但是占用口線較多。因此在顯示位數(shù)較多的情況下，由于