温度传感器的设计

　　摘要：单片机全称为单片微型计算机。单片机发展始于70年代，经过30多年的发展，由于其具有高集成度、低功耗、工作电压范围宽、价格便宜、使用方便等诸多优点而在广泛使用。通常单片机内部含有中央处理部件（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM、EPROM、flashROM）、定时器、计数器和各种输入输出接口等。目前基于单片机的温度传感器设计的数字温度计已经很成熟，各种精度很高的温度计不断推出。数字温度计要求检测的精度必须高于控制的精确度，否则无从实现控制的精度要求。所以精度已经成为数字温度计的一项重要的性能参数。因此追求高精度是数字温度计的一个目标。

　　【关键词】精确度，输入输出，传感器，报警温度

　　1温度传感器设计数字温度计的意义

　　数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。检测是控制的基础和前提，而检测的精度必须高于控制的精确度，否则无从实现控制的精度要求。不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门，可以说在所以科学技术领域无时不在进行检测。科学技术的发展和检用极其广泛。

　　2设计目标

　　2.1设计结构

　　该设计是由温度传感器作为温度传感元件，并由单片机进行数据处理输出，显示模块是由三位共阳极数码管显示温度值。此电路可由外接5V-12V的直流电电源提供温度显示和控制的范围为：-55℃-125℃之间，精确度到达1℃，即数码管显示温度为整数。如果设定的报警温度为30℃，则当温度到达30℃的时候，报警发光二极管发光同时蜂鸣器发出响声，此时继电器发生动作。如果不需要对温度控制报警，可以将报警温度设置提高。如果是为了控制局部温度，可以把传感器用引线引出，但是距离不宜过大，注意引脚要绝缘。

　　2.2制作要求

　　形成“℃”摄氏度符号的单个数码管应倒置焊接，否则形成的摄氏度符号是反方向的；稳压块，应该贴板安装，节约空间，同时散热较好，常温下，稳压块温度不会很高；三极管、发光二极管和电容不能接反，一旦接反都不能实现功能；进行焊接的时候尽量保证焊锡不能过多，以免元件二个引脚短路。

　　2.3安装调试

　　调试之前，复查电路确保焊接无误，各个引脚没有短路，才可以外接电源进行试验调试；调试的时候要让电路板在常温和干燥环境下工作，在此环境下才可以更加容易调试。

　　3温度计的总体设计

　　3.1总体论述

　　此次所讨论的数字温度计，除了完成基本的温度测量外，还能够满足最高最低温度设置及报警，在不同的环境中，所要求的最高温度和最低温度是不同的，因此最高温度和最低温度应能够根据环境不同而设置成不同的数值。还有些场合要求每隔一定得时间段进行读取一次数值，当相隔的时间比较长而所需要读取的数据又比较多时，认为的读取就比较麻烦，因此应具备自动读取和存储若干组温度值的功能。另外，在野外工作时能够选择其工作模式以降低功耗。

　　3.2设计思路

　　由论述可知，所设计的这种温度计的功能是传统的物理温度计无法完成的。在分析之后决定采用以单片机为核心的系统进行设计。主要有以下几个模块：测量输入模块，键盘设置模块，运算处理模块，显示模块和报警模块。有这几个模块组成的系统框图如图1所示。

　　3.3硬件说明

　　3.3.1传感器的选择

　　设计单片机数字温度计需要考虑温度传感器的选择和单片机和温度传感器的接口电路以及控制温度传感器实现温度信息采集以及数据传输的软件。单片机的接口信号是数字信号。要想用单片机获取温度这类非电信号的信息，必须使用温度传感器，将温度信息转换为电流或电压输出。如果转换后的电流或电压输出是模拟信号，还必须进行A/D转换，以满足单片机接口的需要。传统的温度检测大多以热敏电阻作为温度传感器。但是，热敏电阻的可靠性较差、测量温度准确率低，而且还必须经专门的接口电路转换成数字信号后才能由单片机进行处理。20世纪90年代中期出现了智能温度传感器（亦称数字温度传感器）。智能温度传感器的内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路，其特点是能直接输出数字化的温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）。其中DS18B20就是一种应用相当广泛的单总线数字温度传感器，它结构简单、不需外接元件，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据、并可设置温度报警界限等特点，广泛用于工业、民用等领域的温度测量中。

　　3.3.2键盘输入模块

　　键盘模块使用的是3个键，分别命名为确定键、+和-。确定键为确定并退出，+和-为参数菜单的选择。在开机时按确定键进入一级菜单，然后按+和-进行选择要调节的参数，在这段过程的任一时间按确定键确定并退出。

　　3.3.3显示模块

　　显示部分采用一位共阳数码管和三位共阳数码管，能够同时显示温度和单位。

　　3.3.4报警模块

　　报警模块采用的是声光报警电路，当检测温度超过设定的上下限值时，单片机就会发出报警脉冲，使得报警电路工作，产生报警信号。

　　4总结

　　温度计的整体设计大致如上文所述，经过分析可知该温度计的思路是可行的。由上述可知该温度计能够适应多种场合的需要同时其工作效率较高，而且低功耗模式的功能由让其具有较低的经济投资。随着电子技术的不断发展，按着此思路设计的温度计的性能也一定会越来越好。经过此次设计，我了解了一些传感器的知识，对智能仪器的设计有了一个整体的认识，这有利于我以后深入学习。作者：钟昊辰