基于热敏电阻的简易温度计设计
基于热敏电阻的简易温度计设计 [20200406141239]
摘要
在人们的生产生活中，温度作为一个重要的参数指标。在化工产业、电力产业、钢铁煤炭等工业中有着重要的地位。基于热敏电阻的简易温度计，将温度信号转变为电信号，实现了非电量的测量，具有装置简单、灵敏度高、容易实现自动化控制的优点，可以广泛的用于工业生产。本设计以ATMEGA16单片机为核心，采用热敏电阻进行温度采集，利用运算放大器对小信号放大，单片机内部进行AD转换，采用查表法得到温度值，显示在LCD面板上。本设计能够实现温度的精确检测，可以应用于常温的测量。
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关键字:热敏电阻单片机AD转换查表法
目录
1. 引言 1
1.1 温度计国内外研究现状 1
1.2 研究热敏电阻温度计的目的与意义 1
2. 硬件选择 3
2.1 硬件整体框架图 3
2.2 单片机微处理器选择 3
2.2.1 单片机简介 3
2.2.2 单片机基本结构 4
2.2.3 本设计单片机的选择 5
2.3 热敏电阻的选择 5
2.4 放大电路元件的选择 6
2.5 显示模块硬件选择 7
3.工作原理 8
3.1温度采集模块工作原理 8
3.2量程变换模块工作原理 8
3.3信号处理模块工作原理 10
3.3.1 AD转换模块 10
3.3.2 数据处理模块 16
4.总结 18
参考文献 19
致谢 20
附录 21
1. 引言
温度是一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍、最重要的工艺参数之一。在现代社会的日常生活及工业生产中，温度的测量是不可缺少的，随着技术的发展，温度检测的方法也在不断的增多，精度也在不断的提高。进入21世纪，在化工、电力等工业生产流程中，各种加热流程都要求对温度进行精确地检测后才可以实现。而在日常生活中，各类家用电器如空调、微波炉、热水器等同样需要如此，可以说温度的测定关系到人类社会的方方面面，具有很高的实用价值。
1.1 温度计国内外研究现状
随着科技的不断发展，国内外的测温技术也不断的提高，当下温度检测的方法与温度计的种类各异，应用范围十分广泛，大概有以下类别：
（1）气体温度计：采用氢气为测温感应物质，其原因是氢气液化温度相当低，基本上是绝对零度，因此其量程大。气体温度计精确度相当高，在精密测量中经常使用。
（2）温差电偶温度计：这是一种在工业上被经常使用的温度计，制作原理是依靠温差电现象。其工作端是由两种金属丝焊接所制作成，采用仪表 将另两端连接而形成电路。在温差较大物质之间使用这种仪表较多，有的能测量3000℃的高温，有的可以检测接近绝对零度的低温。
（3）玻璃管温度计：此种温度计依靠热胀冷缩的原理制作而成。其优点是有相对简单的结构，易于使用，精确度不低，成本低。缺点也很明显，主要是测量范围与精确值被材料所限制。
（4）液晶温度计：采用不同的制作工艺而成的液晶，其具有不同的相变温度 ，其光学性质的改变导致了液晶变色。这种温度计的优点是易于读书，缺点是精确度低，经常在观赏鱼缸中使用。
1.2 研究热敏电阻温度计的目的与意义
传统的测温元件主要有热电偶、热电阻和热敏电阻：
（1）热电偶是工业上测量温度最常用的检测元件之一，然而其功耗问题也制约着其使用量的问题。
（2）热电阻是中低温区常用的温度检测器，它测量温度高、性能稳定。同样是功耗问题也制约着热电阻的发展。
（3）热敏电阻由于其对温度变化表现出的高灵敏性，成为常用的温度检测元件，功耗低，是其最显著的特点。
最终，在温度采集元件上选择了热敏电阻主要由于以下因素：
（1）精确测量温度的变化是十分重要的。检测是控制的前提，检测精度的高低直接决定了能否精确控制，检测设计到生产生活中的方方面面，可以说无论是日常生活还是科学技术领域，无时无刻不存在着精确检测。对于检测仪器的精确度的要求，直接决定了技术生产的发展水平，而技术生产的发展反过来又可以推动仪器精确度的提高。
（2）目前，国内的很多厂家依然使用老式的温度计作为生产流程的监控，不稳定性很高，精确度差，易于损坏，已经属于落后的技术器件。而采用热敏电阻的温度计具有体积小、反应快、使用方便的特点，各方面领先于老式温度计，通过热敏电阻可以把温度转化为电信号加以测量，电信号作为基本的物理常量，与现代计算机处理技术相结合，使其应用范围与功能急速扩产，可以广泛的运用于工业、农业、医疗等行业中。
本设计所介绍的基于热敏电阻的温度计与传统温度计相比较来说，具有测量范围广、测量准确，温度值用仪表可以直接读出的优点。热敏电阻是阻值对温度变化十分敏感的元器件，随着温度的升高，阻值降低。其原因是半导体中载流子的数量随着外界温度的升高而急剧增加，而载流子数量越多，热敏电阻的导电性越强，反映出就是电阻的电阻减小，通过电桥电路可以转化为电流信号的变化，成功实现了由温度-电流这一转变。
本设计就是利用了这一特性，设计了基于热敏电阻的简易温度计。利用半导体的热敏电阻作为传感器，利用非平衡电桥的电路特点来实现由温度信号转化为电信号再反应到仪表仪器上这一过程。而在现代的测量技术中，电测量是最为基础、简单的测量技术，测量简单、灵活、灵敏度高，可以很容易的实现自控测量与自动控制，是现代测量的重要发展方向。
2.硬件选择
2.1硬件整体框架图
本设计的硬件整体框架如图2.1所示，包括温度采集模块、量程变换模块、信号处理模块和液晶显示模块。温度测量采集模块主要为热敏电阻搭配恒流源，在仿真条件下，可以人为的给定外界温度，将温度信号转化为电信号。量程变换模块核心是运算放大器，将采集到的信号进行一定程度的放大处理。信号处理模块为ATMEGA16单片机，完成量程选择、AD转换、查表得出温度值、控制显示的任务。液晶显示模块为常见的LCD1602液晶显示片，通过单片机来控制，显示出当前温度值。
本设计将热敏电阻在温度采集模块中将温度信号转化为电压信号，送给量程变化模块进行不同倍数的运放，再将电压信号送入信号处理模块，经过AD转换后，选择恰当的电压信号进行查表法分析出当前温度值，最后将温度值送给液晶显示模块进行显示。
本课题的硬件电路部分主要的研究方面就是实现主板模块与温度采集模块的设计。[1]
图2.1 硬件整体框架图
2.2单片机微处理器选择
2.2.1 单片机简介
STC89C52是本设计的主控芯片，该芯片是维持国际级电子职业技能考核系统运行的主要控制芯片。内部的8K的程序存储空间，保证了简单程序能够在芯片中有效运行，512字节的数据存储空间保证了一些缓存数据的保存与高速调用。之所以选用STC86C52是因为区别于AT89C51是因为它有许多软件和硬件上的优势：
摘要
在人们的生产生活中，温度作为一个重要的参数指标。在化工产业、电力产业、钢铁煤炭等工业中有着重要的地位。基于热敏电阻的简易温度计，将温度信号转变为电信号，实现了非电量的测量，具有装置简单、灵敏度高、容易实现自动化控制的优点，可以广泛的用于工业生产。本设计以ATMEGA16单片机为核心，采用热敏电阻进行温度采集，利用运算放大器对小信号放大，单片机内部进行AD转换，采用查表法得到温度值，显示在LCD面板上。本设计能够实现温度的精确检测，可以应用于常温的测量。
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关键字:热敏电阻单片机AD转换查表法
目录
1. 引言 1
1.1 温度计国内外研究现状 1
1.2 研究热敏电阻温度计的目的与意义 1
2. 硬件选择 3
2.1 硬件整体框架图 3
2.2 单片机微处理器选择 3
2.2.1 单片机简介 3
2.2.2 单片机基本结构 4
2.2.3 本设计单片机的选择 5
2.3 热敏电阻的选择 5
2.4 放大电路元件的选择 6
2.5 显示模块硬件选择 7
3.工作原理 8
3.1温度采集模块工作原理 8
3.2量程变换模块工作原理 8
3.3信号处理模块工作原理 10
3.3.1 AD转换模块 10
3.3.2 数据处理模块 16
4.总结 18
参考文献 19
致谢 20
附录 21
1. 引言
温度是一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍、最重要的工艺参数之一。在现代社会的日常生活及工业生产中，温度的测量是不可缺少的，随着技术的发展，温度检测的方法也在不断的增多，精度也在不断的提高。进入21世纪，在化工、电力等工业生产流程中，各种加热流程都要求对温度进行精确地检测后才可以实现。而在日常生活中，各类家用电器如空调、微波炉、热水器等同样需要如此，可以说温度的测定关系到人类社会的方方面面，具有很高的实用价值。
1.1 温度计国内外研究现状
随着科技的不断发展，国内外的测温技术也不断的提高，当下温度检测的方法与温度计的种类各异，应用范围十分广泛，大概有以下类别：
（1）气体温度计：采用氢气为测温感应物质，其原因是氢气液化温度相当低，基本上是绝对零度
（2）温差电偶温度计
（3）玻璃管温度计：此种温度计依靠热胀冷缩的原理制作而成。其优点是有相对简单的结构，易于使用，精确度不低，成本低。缺点也很明显，主要是测量范围与精确值被材料所限制。
（4）液晶温度计
1.2 研究热敏电阻温度计的目的与意义
传统的测温元件主要有热电偶、热电阻和热敏电阻：
（1）热电偶是工业上测量温度最常用的检测元件之一，然而其功耗问题也制约着其使用量的问题。
（2）热电阻是中低温区常用的温度检测器，它测量温度高、性能稳定。同样是功耗问题也制约着热电阻的发展。
（3）热敏电阻由于其对温度变化表现出的高灵敏性，成为常用的温度检测元件，功耗低，是其最显著的特点。
最终，在温度采集元件上选择了热敏电阻主要由于以下因素：
（1）精确测量温度的变化是十分重要的。检测是控制的前提，检测精度的高低直接决定了能否精确控制，检测设计到生产生活中的方方面面，可以说无论是日常生活还是科学技术领域，无时无刻不存在着精确检测。对于检测仪器的精确度的要求，直接决定了技术生产的发展水平，而技术生产的发展反过来又可以推动仪器精确度的提高。
（2）目前，国内的很多厂家依然使用老式的温度计作为生产流程的监控，不稳定性很高，精确度差，易于损坏，已经属于落后的技术器件。而采用热敏电阻的温度计具有体积小、反应快、使用方便的特点，各方面领先于老式温度计，通过热敏电阻可以把温度转化为电信号加以测量，电信号作为基本的物理常量，与现代计算机处理技术相结合，使其应用范围与功能急速扩产，可以广泛的运用于工业、农业、医疗等行业中。
本设计所介绍的基于热敏电阻的温度计与传统温度计相比较来说，具有测量范围广、测量准确，温度值用仪表可以直接读出的优点。热敏电阻是阻值对温度变化十分敏感的元器件，随着温度的升高，阻值降低。其原因是半导体中载流子的数量随着外界温度的升高而急剧增加，而载流子数量越多，热敏电阻的导电性越强，反映出就是电阻的电阻减小，通过电桥电路可以转化为电流信号的变化，成功实现了由温度-电流这一转变。
本设计就是利用了这一特性，设计了基于热敏电阻的简易温度计。利用半导体的热敏电阻作为传感器，利用非平衡电桥的电路特点来实现由温度信号转化为电信号再反应到仪表仪器上这一过程。而在现代的测量技术中，电测量是最为基础、简单的测量技术，测量简单、灵活、灵敏度高，可以很容易的实现自控测量与自动控制，是现代测量的重要发展方向。
2.硬件选择
2.1硬件整体框架图
本设计的硬件整体框架如图2.1所示，包括温度采集模块、量程变换模块、信号处理模块和液晶显示模块。温度测量采集模块主要为热敏电阻搭配恒流源，在仿真条件下，可以人为的给定外界温度，将温度信号转化为电信号。量程变换模块核心是运算放大器，将采集到的信号进行一定程度的放大处理。信号处理模块为ATMEGA16单片机，完成量程选择、AD转换、查表得出温度值、控制显示的任务。液晶显示模块为常见的LCD1602液晶显示片，通过单片机来控制，显示出当前温度值。
本设计将热敏电阻在温度采集模块中将温度信号转化为电压信号，送给量程变化模块进行不同倍数的运放，再将电压信号送入信号处理模块，经过AD转换后，选择恰当的电压信号进行查表法分析出当前温度值，最后将温度值送给液晶显示模块进行显示。
本课题的硬件电路部分主要的研究方面就是实现主板模块与温度采集模块的设计。[1]
图2.1 硬件整体框架图
2.2单片机微处理器选择
2.2.1 单片机简介
STC89C52是本设计的主控芯片，该芯片是维持国际级电子职业技能考核系统运行的主要控制芯片。内部的8K的程序存储空间，保证了简单程序能够在芯片中有效运行，512字节的数据存储空间保证了一些缓存数据的保存与高速调用。之所以选用STC86C52是因为区别于AT89C51是因为它有许多软件和硬件上的优势：
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