集成温度传感器LM35测量水温

2026/1/27 8:04:14

图5 系统的放大电路部分

如图5,为系统的放大电路部分,电压型温度传感器LM35D是一种输出电压与摄氏温度成正比例的温度传感器,其灵敏度为10mV/℃,如果室温为26℃,那么经LM35D采集水温后得到的电压信号为0.26 mV,我们需要将此信号在整个硬件系统和软件系统中放大100倍,之后将其送入驱动电路,即可在LED数码管上显示水温,达到目的。这里这个电压信号太微弱,不利于处理,容易产生误差且不稳定。LM35D的输出端经过75?的电阻和1uF的电容可使采集到的与温度成比例(10mV/℃)的电压信号更加稳定;在放大电路中,取R6为1K是因为好计算放大倍数,R5用20K的滑动变阻器使这个0.26 mV的微弱电压信号在0--20的放大倍数范围内可调,在此,将其放大10倍,因此需要将R5调至10K,这样经放大器OP07放大后的6脚输出就为放大十倍的电压信号2.6V。 2.3.2 A/D转换电路

图6中,ADC0804 是逐次逼近型8位8通道A/D模数转换器,它的主要技术指标为: 8 位分辨率,±1/2LSB的转换精度,转换时间典型值为100US(时钟频率为640KHZ时),电源电压为单电源5V。其引脚中DB0—DB7为8 个数字信号输出端,Vcc 电源端,GND 接地端,VREF为参考电压输入端,CLK为时钟信号输入端。

ADC0804的6脚为信号输入端,R3与C3接地通过ADC0804的19脚(CLKR)与4脚(CLK)向内部电路提供时钟信号。而ADC0804 是逐次逼近型8位A/D模数转换器,8位A/D转换器的分辨率为1/256=0.4%。当然, A/D转换器的位数越多,分辨率越高,但成本也愈高。因此在实际

电路的设计中选择A/D转换器也不能一味强调位数。

图6 A/D转换电路

LM35D的量程为0--100℃,如果采集到最高温度100℃,那么由于LM35D灵敏度为10mV/℃以及经过放大器OP07后放大十倍,则传到ADC0804输入脚VI+的电压信号为10V,再经过下列过程放大50倍:

ADC0804内部输入电压与基准电压存在着这样一个公式:

输入电压?256

基准电压?2VI??256

VREF?2也即:

在硬件设计中,我们巧妙的将基准电压调至2.5V,将VI+=10V代入上公式则可得ADC0804的输出为10V电压的

256≈50倍即500倍的二进制数,将其送入单片机,我们再利用软件5的方法将结果除以5便可达到目的,送入驱动电路使其显示出最大温度为100℃,温度范围为0--100℃,由于8位A/D转换器的分辨率为1/256=0.4%,我们将最高温度设为100℃的话,可得它的测量精度为100/256=0.4℃。如果室温为26℃,那么经放大电路放大后传到ADC0804输入角VI+的电压信号为2.6V,将其代入上公式则可得ADC0804的输出为2.6V电压的

256≈50倍的二进制数,将其送入单片机,我们再利用软件的方法将结果除以5便可得5送入驱动电路使其显示出的温度为26℃。在这个转换电路中,ADC0804起着两个作用,一是

将模拟量转换为二进制的数字量,二是将此输入信号在放大电路放大10倍后再放大50倍。

ADC0804由单片机控制cs端启动,它与AT89C51的接口电路工作的流程图如图7:

图7 ADC0804工作流程图

经ADC08004转换后的二进制数字信号通过DB0---DB7端传给单片机的P0口,供后面编程控制,使其缩小5倍,显示室温。cs为ADC0804的片选信号,低电平有效。WR、RD分别为写、读端,将其与单片机的写、读端相连。INTR端为中断,当其为高电平时表示转换完成,之后,送中断信号给单片机,等待单片机发出信号接收转换好的数据。

可见,在整个系统中,这部分电路起着至关重要的作用。 2.3.3 系统核心单片机部分---闪电存储器型器件AT89C51

单片机AT89C51有内部RAM,可以作为各种数据区使用,内部闪电存储器存放智能温度计的控制程序。它的主要功能是控制MC14433,实现温度的数字值采集,完成温度的数字采集值到对应数字温度的转换计算,并把计算的数字温度转换相应的显示段码,控制LED显示器以动态扫描方式进行温度显示。

AT89系列单片机是ATMEL公司生产的。这是当前最新的一种电擦写8位单片机,与MCS-51系列完全兼容,有超强的加密功能,可完全替代87C51/52和8751/52。它物美价廉,深受用户欢迎。

与87C51相比,AT89系列的优越性在于,其片内闪电存储器的编程与擦除完全用电实现;数据不易挥发,可保存10年;编程/擦除速度快,全4K字节编程只需时3s,擦除时间约用10ms;AT89系列了实现在线编程;也可借助电话线进行远距离编程。

AT89C51是一种低功耗、高性能内含4K字节闪电存储器(Flash Memory)的8位CMOS微控制器。这种器件系以ATMEL高密度不挥发存储技术制造,与工业标准MCS-51指令系统和引脚完全兼容。片内闪电存储器的程序代码或数据可在线写入,亦可通过常规的编程器编程。例如,MP-100这样一种经济型的编程器,它支持通用EPROM等各种存储器、PAL、GAL以及INTEL、ATMEL和PHILIPS等各公司的全系列51单片机的编程。ME5103和ME5105仿真器支持AT89系列所有器件的调试、仿真和编程。 AT89C51具有下列主要性能:

. 4KB可改编程序Flash存储器(可经受1,000次的写入/擦除周期) .全静态工作:0Hz~24MHz .三级程序存储器保密 .128 X 8字节内部RAM .32条可编程I/O线 .2个16位定时器/计数器 .6个中断源 .可编程串行通道 .片内时钟振荡器

2.3.4 译码、驱动电路

图10 译码、驱动电路

图10中的译码器74LS138与共阴极LED数码管驱动器CD4511是由单片机的P1口控制


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