熱敏電阻傳感器溫度檢測電路設計29583565課課程"八4氏課程設計說明書熱敏電阻傳感器溫度檢測電路設計隨著科技的提高，電子電器飛速發展，人民生活水平有了很大提高。各種高檔家電和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也越來越多。這點就是因為不法分子看到了大部分人防盜意識不夠強所造成的結果。因此越來越多的居民家庭對財產安全問題十分擔憂。報警系統這時為人們解決了大部分問題。:本文介紹了一種基于熱釋電效應的被動式紅外報警器的設計，并對其工作原理進行了簡要說明關鍵詞： A/D轉換器，AT89C51,PT100,ADC0809,4位共陰數碼管第II頁課課程"八第II頁TOC\o"1-5"\h\z1緒論 1課題描述 1\o"CurrentDocument"基本工作原理及框圖 12相關芯片及硬件 1單片機選型 2\o"CurrentDocument"AT89C51的功能特性 2\o"CurrentDocument"溫度傳感器選擇 3模數轉換器選型 3總體方案 43硬件電路設計 4時鐘電路 4復位電路 4\o"CurrentDocument"AD轉換設計 5\o"CurrentDocument"位逐次逼近式A/D轉換器ADC0809 5\o"CurrentDocument"ADC0809應用注意事項 5模數轉換模塊電路 5放大電路設計 6\o"CurrentDocument"顯示電路設計 7\o"CurrentDocument"報警電路 84系統軟件設計 9主程序設計 9\o"CurrentDocument"程序說明 9\o"CurrentDocument"流程圖 9AD轉換設計 9標度變換說明 .9

第iii頁 10課課程"第iii頁 10顯示子程序的設計TOC\o"1-5"\h\z總結 11致謝 18參考文獻 19￡良"外4色課程設計說明書1緒論課題描述隨著科技的提高，電子電器飛速發展，人民生活水平有了很大提高。各種高檔家電和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也越來越多。這點就是因為不法分子看到了大部分人防盜意識不夠強所造成的結果。因此越來越多的居民家庭對財產安全問題十分擔憂。報警系統這時為人們解決了大部分問題。但是市場上的報警系統大部分是適用于一些大公司的重要機構。其價格昂貴，使普通家庭難以承受。如果設計一種價格低廉，性能可靠、智能化的報警系統，必將在私人財產的防盜領域起到巨大作用。由于紅外線是不可見光，隱蔽性能良好，因此在防盜、警戒等安保裝置中被廣泛應用。而本設計的電路包括硬件和軟件兩個部分。硬件部分包括紅外感應部分與單片機控制部分，整個系統電路可劃分為：電源部分、傳感器模塊部分、單片機控制電路，而單片機控制由最小系統和指示燈電路、報警電路等子模塊組成。主要工作由熱釋電紅外感應器完成信息采集、處理、數據傳送經過單片機功能設定到達報警模塊這一過程。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元。單片機應用系統也是由硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統，軟件是主要是工作的程序通過編寫程序來控制輸入的信號。基本工作原理及框圖本課程設計的溫度計測溫系統由溫度傳感器電路、信號放大電路、A/D轉換電路、單片機系統、溫度顯示系統構成。其基本工作原理：溫度傳感器電路將測量到的溫度信號轉換成電壓信號輸出到信號放大電路，與溫度值對應的電壓信號經放大后輸出至轉A/D換電路，把電壓信號轉換成數字量送給單片機系統，單片機系統根據顯示需要對數字量進行處理，再送溫度顯示系統進行顯示。基本工作原理框圖如圖1所示。放大電路A/D轉換器單片機顯示驅動電路蜂鳴器放大電路A/D轉換器單片機顯示驅動電路蜂鳴器圖1基本工作原理框圖:二"*堂'課程設計說明書2相關芯片及硬件單片機選型本方案使用的是AT89C51單片機，AT89系列的單片機對于一般用戶來說，有下列明顯的優點：①AT89C51單片機在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數器和多種功能的I/O口設備等，相當于一臺計算機所需要的基本功能部件。②內部含有Flash存儲器，在系統開發過程中很容易修改程序，可以大大縮短了系統的開發時間。③AT89系列并不對80C31的簡單繼承，功能進一步增強。在我國這種單片機受到廣泛青睞，很多以前使用80C51、80C52的用戶都轉而使用AT89系列。對于有豐富編程經驗的用戶而言，不需要仿真器，可以直接將程序載入芯片，放在目標板上加電直接運行，觀察運行結果，出現問題時再進行修改，然后重新寫程序，再進行試驗，直至成功。AT89C51引腳圖如圖2所示。PDIPF1而匚F1而匚P1.1C匚尸1.3匚片匚P1.5EPL%匚P187C的丁匚(RXD3P3^tCDCD3P3.1匚qlNTI^P35E1而1」ra.ar:4皆劫4匚旦pR3-5IZw麗nP3.ec庭。中7匚*ruw匚用「電1C□N白匚vccP0.01AJDO>no.t手包中FQ3停工I即HP03yW31P0.4|皿1nN冉口力曲P0心<AJDC>FO.74A叼DV^PPALEiPROS中酊M21咋.，/1?R￡jBC*1引P2.5R2?#g12)P2,31A1f)PEW*/F2.?理由Ci^>圖2AT89C51引腳圖AT89C51的功能特性AT89C51提供以下標準功能：4K字節Flash閃速存儲器，128字節內部RAM,32個I/O口線，兩個十六位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態邏輯操作，并支持課程設計說明書 第3頁兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM,定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。溫度傳感器選擇傳感器是測控系統前向通道的關鍵部件，它也稱換能器和變換器，一般是指非電物理量與電量的轉換，即傳感器是將被測的非電量（如壓力、溫度等）轉換成與之對應的電量或電參量（如電流、電壓、電阻等）輸出的一種裝置。采集溫度是有一下幾種方案：方案一：采用溫度傳感器AD590。它具有較高的精度，相比于熱敏電阻精度有所提高，但非線性誤差為土0.3℃，且檢測溫度范圍為：-55?+155℃。方案二:采用Pt100。它的國際測溫標準為：-40~+450℃，可選環境溫度為：-40?70℃，精度為：±0.1℃，且安裝尺寸小，可直接安裝在印刷電路板上，可焊SIP封裝。采用熱電阻電路測溫。熱電阻是利用導體的電阻率隨溫度變化這一物理現象來測量溫度的。鉑易于提純，物理化學性質穩定，電阻率較大，能耐較高的溫度，因此用PT100作為實現溫標的基準器。pt100是鉑熱電阻，簡稱為：PT100鉆電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0c時阻值為100歐姆，在100℃時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的。方案三：采用熱電偶溫差電路測溫，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成，熱電偶產生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結點的溫度。數據采集部分則使用帶有A/D通道的單片機，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。熱電偶的優點是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導線環路的噪聲影響以及漂移較高的缺點，并且這種設計需要用到AD轉換電路，感溫電路比較麻煩。基于對以上三種方案的分析以及實驗室的設備，選擇方案二的PT100作為溫度傳感器。

課程設計說明書 第4頁模數轉換器選型模擬量輸入到計算機，首先要經過模擬量到數字量的轉換，簡稱A/D轉換，計算機才能接收。實現模/數轉換的設備稱A/D轉換器或ADC。A/D轉換器的種類有很多,而A/D轉換的好與壞直接關系到真個系統的精確度。由于本系統測量的是溫度信號，響應時間長，滯后大，不要求快速轉換，因此選用8位串行A/D轉換ADC0809能達到設計的基本要求。為進一步提高精度，可以直接采用12位A/D轉換器，也可以采用過采樣和求均值技術來提高測量分辨率。總體方案本方案以AT89C51單片機系統為核心，對單點的溫度進行實時測量檢測，并采用熱電阻PT100作為溫度傳感器,如620作為信號放大器、ADC0809作為A/D轉換部件，對于溫度信號的采集具有大范圍、高精度的特點。在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升，具有更高的性價比。3硬件電路設計時鐘電路給一塊內部含有程序存儲器的單片機配上時鐘電路和復位電路就可以構成單片機的最小應用系統。89C51系列單片機內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器，但要形成時鐘,外部還需附加電路，89C51的時鐘產生方法有兩種，內部時鐘方式和外部時鐘方式，本設計采用內部時鐘方式，內部時鐘電路圖如圖3所示。C111nFC12X4CRYSTALXTAL1XtAD1nFC12X4CRYSTALXTAL1XtADXTAL21nF圖3內部時鐘電路圖

￡：偶"仙里色課程設計說明書復位電路復位是單片機的初始化操作，單片機在啟動運行時，都需要先復位，它的作用是使CPU和系統中其它部件都處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作。例如復位后，PC初始化為0，于是單片機自動從0單元開始執行程序。因而復位是一個很重要的操作方式。本設計采用按鍵脈沖復位，其原理圖如圖4所示。―OO 1 >RSTR3310kT」一RSTR3310kTC14~~IF1n___1nFR3210kT圖4按鍵脈沖復位原理圖A/D轉換設計位逐次逼近式A/D轉換器ADC0809ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理器兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。它是目前應用最廣泛的8位通用的A/D轉換的芯片。ADC0809應用注意事項：①ADC0809內部帶有輸出鎖存器，可與AT89S52單片機直接相連。②初始化時，使ST和OE信號為低電平。③送要轉換的那一通道的地址到A,B,C端口上。④在ST端給出一個至少100ms寬的正脈沖信號。⑤是否轉換完畢，我們根據EOC信號來判斷。⑥當EOC變為高電平時，這時給。￡為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。

f：!/"仙耳色課程設計說明書模數轉換模塊電路ADC0809接線圖，即A/D轉換電路如圖5所示。115GlVREF(+)CCVIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADDAADDBADDCALECLOCKSTARTEOCOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT82120T918歹T5T4ADC0809DSQCLK74LS74OEU9:AU6:Ba74LS04.-7026353GlVREF(+)CCVIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADDAADDBADDCALECLOCKSTARTEOCOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT82120T918歹T5T4ADC0809DSQCLK74LS74OEU9:AU6:Ba74LS04.-70263534B3323102-OC2CLOCK1143FT813141718D0D1D2D3D4D5D6D7OE

￡E_Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q774LS373NAND-6-■"9-"T7"T5-^16-^19U17U160NAND圖5A/D轉換電路放大電路設計測溫原理：采用R1、R2、VR2、Pt100構成測量電橋(其中區29=區28),溫度變化時，當Pt100的電阻值和R27的電阻值不相等，電橋輸出一個mV級的壓差信號，這個壓差信號經過運放AD620放大后輸出期望大小的電壓信號，該信號可直接連A/D轉換芯片。從而把熱電阻的阻值轉換成數字量。人口620為三運放集成的儀表放大器結構,AD620的兩個內部增益電阻為24.7kQ,因而增益方程式為： G=49.4kQ/RG+1 (1)對于所需的增益，則外部控制電阻值為： RG=49.4/(G-1)kQ(2)電路原理如圖6所示：

文良"仙4色課程設計說明書圖6Aga0原理圖橋式電路測溫整體電路如圖7所示:圖7放大電路顯示電路設計在單片機應用系統中，如果需要顯示的內容只有數碼和某些字母，使用LED數碼管是一種較好的選擇。LED數碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。圖3-7(a)是4位共陽數碼管的管腳圖。LED數碼管的使用與發光二極管相同，根據其材料不同正向壓降一般為1.5?2V,額定電流為10mA,最大電流為40mA。靜態顯示時取10mA為宜，動態掃描顯示可加大，加大脈沖電流，但一般不超過40mA。本設計選用4位共陰數碼管。由于數碼管的驅動電流較大，所以在設計時加上了三極管3904作為驅動電路，數碼管和單片機的接口如圖8所示。￡：偶"仙里色課程設計說明書RP1RESPACK-8VCCO-*P0.0『.一?P0.10一^P0.2-4-小P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7R5100R81001k/Q5X2N3904RP1RESPACK-8VCCO-*P0.0『.一?P0.10一^P0.2-4-小P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7R5100R81001k/Q5X2N3904R71kR3100R61001kR9100R2100GNDR11100/Q6X2N3904GND/Q3B2N3904Q72N39041kR12100GNDGNDGND圖GND圖8顯示電報警電路由一個蜂鳴器和三極管組成當高溫超過設定值蜂鳴器將會發出報警。由一個蜂鳴器和三極管組成當高溫超過設定值蜂鳴器將會發出報警。放大電路與單片機P3.4口相連，當采集到的溫度值超過所設置的范圍時，單片機會輸出一信號，通過三極管放大后驅動蜂鳴器發出報警信號。如圖9所示。R31I10k_ri1/l不LS1P3.4R30口 P3.4R30口 CZZNPN

1k￡：民"仙里色課程設計說明書圖9蜂鳴器報警電路4系統軟件設計主程序設計程序說明主程序是系統上電或復位后首先要執行的程序，主程序主要完成系統的初始化、掃描顯示等工作。這是一個綜合硬件設計控制系統。利用顯示電路、A/D轉換電路、單片機實現溫度報警的系統。本設計可以實現將模擬溫度信號，轉換成數字信號，并經過計算處理后通過LED靜態顯示電路以十進制形式顯示出來，設置溫度上限為100℃，該系統可以對溫度進行實時過程的監控。當實際溫度高于設定的溫度上限時，發出報警信號。流程圖主程序流程圖如圖10所示。

第10第10頁圖10主程序流程圖AD轉換設計標度變換說明本設計是模擬溫度的顯示，溫度經過熱敏電阻轉換為電壓信號，經放大器AD620放大后進入單片機進行A/D轉換成數字量后輸出到動態顯示部分，顯示其溫度值。A/D轉換流程圖如圖11所示。圖11A/D轉換流程圖顯示子程序的設計本設計采用4位LED共陰極數碼靜態顯示，顯示溫度范圍從0c到99℃，字段碼放在LEDLAB中，采用查表方式，偏移量加首址查得對應的字形代碼。當定時器T0定時時間到，采樣電路進行采樣，采樣結果經信號調理電路處理后，送入A/D轉換，經標度變換后顯示。顯示子程序流程圖如圖12所示第11頁文第11頁圖12顯示子程序流程圖源程序LED_0EQU30HLED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HADCEQU35HTCNTAEQU36HTCNTB EQU37HH_TEMPEQU64H 溫度上限FLAGBIT00HH_ALM BITP3.0L_ALMBITP3.1

第12頁課課程第12頁TOC\o"1-5"\h\zSOUND BIT P3.7CLOCK BIT P2.4ST BIT P2.5EOCBITP2.6OE BITP2.7ORG00HSJMPSTARTORG0BHLJMPINT_T0ORG1BHLJMPINT_T1START:MOVLED_0,#00HMOVLED_1,#00HMOVLED_2,#00HMOVDPTR,#TABLEMOVHTEMP,#60MOVMOVTMOD,MOVTH0,MOVTL0,MOVTH1,MOVTL1,MOV叫MOVMOVTMOD,MOVTH0,MOVTL0,MOVTH1,MOVTL1,MOV叫CLRCLTEMP,#30#12H#245#0#(65536-1000)/256#(65536-1000)%256#8aHSETBTR0;為ADC0809提供時鐘WAIT:SETBH_ALMSETBL_ALMCLRST課課程"氏課程設計說明書SETBSTCLRST

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LJMPPTOCPTOC:MOV A,ADCMOV B,#100DIVABMOVLED_2,AMOV A,BMOVB,#10DIV ABMOVLED_1,AMOV LED_0再LCALLDISP啟動轉換讀取AD轉換結果;判斷是否高于上限;高溫報警;數值轉換第13頁第14頁課課程"八第14頁SJMPWAITINT_T0:CPLCLOCKRETIINT_T0:CPLCLOCKRETI;提供89C51時鐘INT_T1:MOVTH1,#(65536-1000)/256MOVTL1,#(65536-1000)%256CPL SOUNDINT_T1:MOVTH1,#(65536-1000)/256MOVTL1,#(65536-1000)%256CPL SOUNDINC TCNTAMOV A,TCNTAJB FLAGI1CJNEA,#30,RETUNESJMPI2I1:CJNEA,#20,RETUNEI2:MOVTCNTA,#0INCTCNTBMOVA,TCNTBCJNEA,#25,RETUNEMOVTCNTA,#0MOVTCNTB,#0LCALLDELAY2RETUNE:RETI;判斷是高溫警報還是低溫警報;低溫警報聲;高溫警報聲DISP:MOVA,LED_0數碼顯示子程序MOVCA,@A+DPTRCLRP2.3MOVP0,ALCALLDELAYDISP:MOVA,LED_0數碼顯示子程序MOVCA,@A+DPTRCLRP2.3MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.3第15第15頁MOV A,LED_1MOVCA,@A+DPTRCLRP2.2MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.2MOVA,LED_2MOVCA,@A+DPTRCLRP2.1MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.1RETDELAY:MOVR6,#10D1:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D1RETDELAY2:MOVR5,#20D2:MOVR6,#20D3:MOVR7,#250DJNZDJNZDJNZRETR7,$R6,D3R5,D2TABLE:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H課程設計說明書第16頁DB6DH,7DH,07H,7FH,FHEND第17頁課課程"八第17頁AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設置增益，增益范圍為1至10,000。此外，AD620采用8引腳SOIC和DIP封裝，尺寸小于分立式設計，并且功耗較低（最大電源電流僅1.3mA），因此非常適合電池供電的便攜式（或遠程）應用。AD620具有高精度（最大非線性度40ppm）、低失調電壓（最大50µV）和低失調漂移（最大0.6如正『。田/°0特性，是電子秤和傳感器接口等精密數據采集系統的理想之選。它還具有低噪聲、低輸入偏置電流和低功耗特性，使之非常適合ECG和無創血壓監測儀等醫療應用。 由于其輸入級采用SuperBeta處理，因此可以實現最大1.0nA的低輸入偏置電流。AD620在1kHz時具有9nV/VHz的低輸入電壓噪聲，在0.1Hz至10Hz頻帶內的噪聲為0.28UV峰峰值，輸入電流噪聲為0.1pA/JHz,因而作為前置放大器使用效果很好。同時，AD620的0.01%建立時間為15口s,非常適合多路復用應用；而且成本很低，足以實現每通道一個儀表放大器的設計。經過這段時間的單片機課程設計，終于完成了我的課程設計歷程，雖然沒有完全達到設計要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次課程設計讓自己收獲頗豐，高興之余不得不深思。在課程本次設計的過程中，我發現很多的問題,通過這次設計真的讓我長進了很多，單片機課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，因為課程設計時間有限，加之缺少對工業現場整體把握的經驗，導致本設計在功能上還不十分完善。從這次的課程設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。我想我會在今后的學習生活中更加努力的去學習單片機的知識，不斷加強自己的理論知識，努力完成更多的設計與創作。第18頁泉白M仙第18頁本次課程設計對與我來說是學習本專業的一段經歷，從設計之初的無從下手到設計工作的圓滿完成,期間遇到了諸多的問題和困難。但在楊全玖老師的細心指導和幫助下，通過自己的努力，最終這些問題與困難都得到了圓滿解決。使我可以按時完成課程設計并使自己的專業知識與綜合能力都得到了相應的提高。在課程設計過程中。楊老師在百忙中對我的畢業設計進行了指導。楊老師首先細致地為我解題；當我迷茫于眾多的資料時，他又為我提綱挈領、梳理脈絡，使我確立了本文的框架。感謝楊老師對我的設計不厭其煩的細心指點。在課程設計寫作中，每周都能得到楊老師的親切指點。從框架的完善，到內容的擴充；從行文的用語到格式的規范；楊老師都嚴格要求，力求完美。而且我還從楊老師那里學到了嚴謹、務實、認真的工作態度和極強的敬業精神。我再次為楊老師的耐心付出表示感謝。第19頁課課程"八第19頁參考文獻[1]張迎新,單片微型計算機原理，應用及接口技術.北京：國防工業出版社2009.[2]郭天祥.新概念51單片機C語言教程國].北京:電子工業出版社.[3]閻石.數字電子技術基礎.北京:高等教育出版社.[4]PT100鉑金屬溫度傳感器使用說明書.北京億學通電子.[5]偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統使用說明書.[6]李廣弟等.單片機基礎[M].北京航空航天出版社，2001.[7]王東峰等.單片機C語言應用100例[M],電子工業出版社，2009.[8]陳海宴,51單片機原理及應用[M].北京航空航天大學出版社，2010.第20第20頁畢業設計（論文）原創性聲明和使用授權說明

原創性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地