1 前言
热敏电阻是一种新型半导体感温元件,由于它具有灵敏度高,体积小,质量轻,热惯性小,寿命长以及价格便宜等优点,因此应用非常广泛。在一定的温度范围内,其温度与阻值近似成线性关系。由此,笔者介绍了它在要求不高的系统中的应用。
2 热敏电阻温度转换原理
敏电阻与普通电阻不同,它具有负的电阻温度特性,当温度升高时,电阻值减小。其特性曲线如图1。利用其有效范围内的线性关系,可简化计算和系统设计。给热敏电阻通一恒定电流,电阻两端就可以测到电压,通过下面的公式,可计算出温度值。
式中:T为被测温度,T0为与热敏电阻特性有关的温度系数,K为与热敏电阻特性有关的系数, UT为热敏电阻两端电压。根据这一公式,若测得热敏电阻两端电压,再知道参数T0和系数K,则可以计算出热敏电阻的环境温度。这样就把电阻随温度的变化关系转化为电压随温度变化的关系,将两端电压值经A/D转换变成数字量,通过软件方法计算出温度值,再进行显示处理,从而实现了数字式电阻温度计的设计。
3 系统硬件设计方案[1]
选择8031单片机,系统时钟取6MHZ,外部扩展4KB的E-PROM用于存放用户的应用程序,采用一片ADC0809芯片,将被测温度相应的电压模拟量转换为数字量送入单片机进行算法处理,系统扩展3个数码管(LED),以显示被测温度的值。该温度测量—显示系统的硬件设计原理框图如图2所示。
4 系统软件设计方案
该系统软件工作流程是,系统开机后,启动ADC0809转换器将热敏电阻上的电压值转换为数字值存入数据缓冲区中,然后对该测量值进行算法处理以得到待显示的温度值(取整数),再将该十六进制数表示的温度值转换为LED显示所需的十六进制数,通过查表将其对应的字型码送LED显示。至此,1次温度检测—处理—显示流程即告完成。系统的软件流程图如图3。
5 主要接口电路的设计[2]
(1) ADC0809与8031的扩展连接
可用软件查询方式选通某个模拟通道(如IN3),并将转换的数字量存入片内工作寄存器中。
(2)显示接口电路设计
8031单片机的串行口工作于方式0时,为移位寄存器方式。利用三片串入并出移位寄存器74LS164作为3位静态显示器的输出口,将显示的8位段码即字型码,通过软件译码产生,并由RXD串行发送出。这样的显示接口是静态显示,主程序可不必扫描显示器,减轻了CPU的负担。
6 关于温度计算子程序的说明
在温度计算公式中,系数K是一个很小的数,为了计算方便,取扩大256倍的K值与UT做乘法运算,即256*K*UT。相乘后,如果乘积只取其高8位而舍弃低8位,就可以抵消K的256倍扩大,得到正确结果。此外取阻值与温度线性度较好的范围作为有效温度范围(如+100C~1500C),当温度超过此范围时,以数码管全都显示F作为标志。假定3位数码管
显示缓冲区的存储单元为内部RAM27H~29H(对应LED0~LED2),输入的A/D转换电压(UT)在累加器A中,扩大256倍后的K值为XXH,T0值为YYH,则温度计算程序如图4。
7 结束语
实际运行结果表明:该数字式温度计可以应用于精度不高的系统中,而且具有体积小、结构紧凑、抗干扰能力强、可靠性高等优点。
参考文献:
[1] 何立民.MCS—51系列单片机应用系统设计[M].北京:北京航天航空大学出版社,1993.
[2] 胡 锦.单片机技术实用教程[M].北京:高等教育出版社,2003.
本文作者：张军涛
