基于AD_C842单片机的数字式温度计的设计

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学术探讨硬件设计基于 AD μ C842 单片机的数字式温度计的设计[摘要] 针对传统的水银温度计易破损，读数误差大的问题，提出一种基于 ADμC842 单片机的数字式温度计，该数字式温度计克服了传统测量方法的缺陷，具有制作简单、操作简便、精度高、线形度好、性价比高等优点；介绍本装置的总体方案设计、软硬件设计及测试方案。

测试结果表明，其各项指标均可达到日常测量要求。

[ 关键词] 温度测量；数字式温度计；ADμC842 单片机；恒流源1．引言在日常生活中，我们经常需要进行常规温度的测量，如水温、室温、食物的温度等等。

传统的测量方法是使用水银温度计。

由于水银温度计容易破损，破损后泄漏的水银有毒性，会对人体造成伤害，因此在使用中不够方便。

此外，由于人眼读数误差大，使得这种传统的方法达不到所要求的精[1]度。

本文设计的数字式温度计克服了上述传统方法的缺点，它具有制作简单、操作简便、精度高、线形度好等优点。

此外，本装置无易破易损器件，使用起来较为方便。

装置以 ADμC842 单片机为核心，选取价格低廉、通用性强的电子日常测量要求。

元器件制成，性价比高。

经实验验证，其各项指标均可达到2．总体方案设计本系统主要包括温度采集模块、单片机控制模块、 ZLG7290 显示模块三大部分，如图 1 所示。

首先，温度采集电路利用热敏电阻将温度值转换为电阻值，由于电阻值测量起来不够方便，因此我们利用热敏电阻两端电压值的变化来代替电阻值的变化。

接着，将采集到的电压信号经过信号调理电路，进行电压值值域的变换，转化为单片机能够处理的数值。

然后，将调理后的电压信号送至单片机进行采样，在单片后，通过单片机程序进行计算处理，得出实际温度值，并通过 ZLG7290 键盘显示控制器将温度值显示在数码管上。

ADUC842 ZLG7290机内部通过 A/D 转换，将模拟电压信号转换为数字信号。

最3．硬件电路设计 3．1温度采集电路方案的选择温度采集电路有以下两种方案可供选择：方案一：采用恒压源方式。

其基本思想是利用一个电桥，使其两端电压恒定。

电桥中的一个电阻为热敏电阻，其它三个电阻为阻值确定的电阻。

温度变化引起热敏电阻阻值的变———————————————————————————作者简介：许艳红，河北衡水人，女，本科，研究方向：电子信息工程。

— 64 —á ? ? ? ? á许艳红（华中师范大学，湖北武汉 430079 ） 3．2 温度采集电路的设计接接到单片机的 A/D 模块进行采样。

图1 总体方案设计原理图图2 温度采集电路化，从而引起电桥分压的变化。

这样，温度的变化就可以转化为电桥中间抽头两端电压的变化，从而实现了对温度的采集。

方案二：采用恒流源方式。

其基本思想是保持流过热敏电阻的电流恒定。

这样，通过直接测量温度传感器两端的电对比以上 2 种方案，为了使单片机能够处理数据，方案压值即可得到温度变化，从而实现了对温度的采集。

一必须保证电桥抽头间电压不能为负值，此外，方案一必须产生稳定的电压，这是很关键的。

对于方案二，通过合理设置参数，可以免去信号调理电路，方便可行。

由于热敏电阻的非线性特性，方案一和方案二都不可能得到线性化的数据。

考虑到制作简单和实现方便，我们选择了方案二[2]。

温度采集电路如图 2 所示。

对于热敏电阻我们选择LVg'51 C-3950-103 型负温度系数热敏电阻，对于稳压器我们选用 TI 公司生产的 TL431ＩＬＰ。

TL431ILP 的 2、两端电压设 3 Vcc-V+=U23，于是 Vcc-V-=U23，由此可知加到 R2 上的电压为 U23，由运算放大器虚短的概念可知 V+=V-，而 UR2=U23，即电压基准的输出电压。

于是，流过 R2 的电流是 IR=(Vcc-V+)/ R2=U23/R2。

因为 IR2=I- +Ie，而理想运算放大器反相端的输入电流 I- 为零，所以 Ie=IR2；又由于三极管饱和导通，所以流过 RT1 的电流Ｉｔ也等于 Ie ，因此流过ＲＴ１的电流是电压基准 U23 和 R2 的函数，这两个参数固定以后，流过 RT 1 的电流就是一个恒定的值[3]。

在此电路中我们选取的是 2．5V 的电压基准， 2 的取值为 47K。

根据不同的热敏电阻的 R 标称值可以选择合适的偏置电流。

在此系统中，热敏电阻两端电压将始终小于 2．5V，因此可以免去信号调理电路，可以直硬件设计主程序部分代码如下： 4．软件设计 4．1 测量数据的线性化处理对于测量数据，我们每 0．1 摄氏度记录一次温度值和相应电压值。

由于热敏电阻的温度特性存在严重的非线性，因此必须对测量数据进行线性化处理。

在这里有两种方法可供选择。

4．1．1 采用分段函数的方法虽然热敏电阻具有非线性特性，但是在一个比较小的范围内，可以近似看作是线性的。

显然，这个范围的选取是以测量精度为前提的。

为了达到日常测量精度要求，我们以每 5 个采样点为一组，对温度值和相应电压值进行一次函数的拟合，即将温度值和相应电压值的函数关系用一个分段函数来表示，每一段都是一个一次函数。

在这里，我们可以仅选取 5 个采样点中的头尾两个点，利用这两个点就可以得出该范围内的一次函数，并且实践证明，其测量精度基本不受影响。

由此也可以看出，这种方法可以大大减少测量数据的个数，简化实验过程。

并且可以得到比较好的测量精度。

4．1．2 采用拟合软件进行函数拟合为了使结果更加精准，我们可以利用现有的函数拟合软件将记录的温度值和相应电压值拟合成一个最接近的函数。

这种方法拟合出的函数比较准确，误差小，并且操作简单，只需把测量数据输入，一点按钮就可以得到结果。

对比以上两种线性拟合方法，方法一虽然计算量稍大，但是方法简单，容易理解，并且可以减少测量数据的个数，总体来讲省时省力。

方案二虽然可以得到更高的精度，并且测量数据越多，则精度越高。

但是拟合出的函数往往是复杂的高阶函数，处理起来不太方便。

因此，考虑到实际生活中，温度测量不需要得到太高的精确度，以及实验的效率问题，我们选择了方案一。

4．2 单片机程序的设计单片机主程序流程图如图 3 所示。

主程序执行过程如下：系统初始化、开启中断、设置Ａ／Ｄ转换寄存器、开始转换、将Ａ／Ｄ转换值用变量保存起来，调用线性化处理的分段函数得到温度值，调用 ZLG_7290 的显示函数 display(float dat)将温度值显示在数码管上[4]。

5．1 表。

5．2 模块测试 void main() { unsigned intnum[M]； unsigned int out2=0； float dat， num3； unsigned int channel； unsigned int i， k=0； j， Delay(3)； INT()； for(j=0； j<1000； j++) { SCONV = 1；／／开始转换／／等待上电稳定学术探讨channel=ADCDATAH>>4；／／ＡＤＣＤＡＴＡＨ高四位为通道号 out2=ADCDATAH&0x0F；out2=out2*256+ADCDATAL；／／利用变量ｏｕｔ２将Ａ／Ｄ转换值保存起来num[k]=out2； k++； if(k>M) ／／多次测量求平均值以提高准确度 { out2=0； for(i=0；i<M； i++) out2+=num[i]； out2=out2/M； num3=(out2*2．5)/4095； dat=change(num3)；调用分段函数求出温度值／／ display(dat)；将温度值显示在数码管上／／ k=0； } } } 5．测试方案与测试结果分析测试仪器水银温度计，直流稳压电源，ＹＢ４３２０Ｆ示波器，数字万用为了提高调试效率，我们首先将硬件系统的各模块分开进行测试，待调通后再进行整机调试。

5．3 整机测试将软硬件模块连接起来进行整机测试，测试结果如表 1 所示。

本装置的测量范围为 0℃至 80℃。

表1 0℃实际值检测值图3 主程序流程图整机测试结果 40℃ 40℃ 39.8℃ -0.2℃ 60℃ 60℃ 59.9℃ -0.1℃ 80℃ 80℃ 80℃0℃20℃ 20℃ 20℃ 0℃0℃ 0.1℃ 0.1℃误差值— 65 —学术探讨硬件设计由上述测量结果可知，测量误差不超过 |0．2|℃，因此，此装置完全可以满足日常测量要求。

6．结束语本装置可以实现日常生活中常规温度的测量，并且具有制作简单、操作简便、精度高、线形度好、性价比高等优点。

但是在更高精度和更宽的测量范围方面还存在一定程度的局限性。

此外，本装置还可以增加语音播报，灯光提示等功[5][1] 钟伟雄．基于8051 单片机的温度采集系统[J]．科技创新导报，（1）22-24． 2008 ： [2] 康华光等．电子技术基础模拟部分（第五版）[M]．北京：高等教育出版社， 2006： 28-30． [3] 吴戈．高稳定性恒温控制平台的设计与制作[D]．吉林大学，2008： 42-44． [4] 李群芳，肖看．单片机原理、接口及应用[M]．北京：清华大学出版社， 2007： 165-170． [5] 林建雄．基于单片机的温度控制系统研制[J]．电力学报， 2008，23 （4 ：） 106-109．能，以便更好地实现人机互动。

参考文献：The Design of Digital Thermometer Based on ADμC842 Single-chip Microcomputer Xu Yanhong（China Central Normal University， Wuhan 430079， Hubei ）【 Abstract 】For the problem that traditional mercury thermometers are easily broken and poor accuracy， paper describes a thisdigital thermometer based on ADμC842 single-chip microcomputer．The device overcomes the shortcomings of traditional measurement methods and has a lot of advantages such as being simple to make， easy to operate， high precision， welllinear degree， cost-effective and so on．This paper introduces the device's overall program design， design and testing of hardware and software programs．The results of tests show that the targets of day-to-day measurement requirements can be achieved．【 Keywords 】temperature measurement；digital thermometer；ADμC842 single-chip microcomputer； constant current source———————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————（上接第 63 页） i++； delay104us()；数据采样周期延时 // } UART_RX_BIT=1； // 初始化 return ich； } 5．结束语本文利用 WM—01T 射频模块设计并实现了低频 125KHz 读卡器硬件电路，经过调试，能够实现对相应 IC 卡的全部数据操作，有效读写距离约为 3~5cm，与上位机通信稳定，能够满足 RFID 系统工作的需要。