基于AD590的单片机测温系统设计

龙鹏程 王香婷

摘要：温度是工农业生产中最常见的工艺参数之一，与产品质量、生产效率、安全性等密切相关，因此在生产过程中常需要对温度进行检测和监控。该设计主要是基于AD590的单片机测温系统，测温系统主要分为硬件和软件两个部分进行。硬件部分主要是介绍热电偶测温系统的电源模块、温度采集模块、单片机模块、显示模块、按键模块和报警模块的功能及工作原理以及实现的方法。软件部分主要是介绍信息处理的编译的思想和智能化显示的实现过程。在论文中将详细阐述测温系统的基本概念和工作原理，以及其智能化的实现过程和方法，并对整个系统制作过程作系统的理论研究和设计。

关键词：温度；AD590；单片机

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0177-03

近年来，随着半导体技术和测温技术的发展，集成温度传感器有很大的发展，与热电偶、热电阻等传统温度传感器相比，集成温度传感器的输出呈线性且测温精度高。集成温度传感器的种类很多，根据现场使用条件，选择恰当的传感器类型才能保证测量的准确可靠，并同时达到增加使用寿命和降低成本的目的。集成温度传感器AD590具有灵敏度高、线性度优良、性能稳定、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点，如果能够利用集成温度传感器的这些优点做成测温系统，减少非线性，提高测温精度，可广泛应用于各种冰箱、空调器、仓库、冷库等各种需要进行温度测量和控制的领域。

1硬件设计方案

整个系统划分按键模块、显示模块、电源模块、温度采集模块和单片机模块。用户通过键盘模块设置上下限温度报警值，显示模块用于显示温度值，报警模块用于提供声、光报警信息。电源模块主要是提供稳定的电压，温度采集模块主要是测量外界温度值，单片机模块定是采集电压值，将其转换成温度值并显示，接受键盘输入，完成设置报警功能。系统总体设计方案图1所示。

图1系统总体设计方案

本设计使用AT89C51单片机作为控制中心，控制测温电路对温度进行测量，并将测量值送显示电路显示，同时，根据预设的报警值决定是否控制报警电路报警。通过控制报警电路，实现报警值的设置操作。温度传感器采用集成温度传感器AD590实时测量温度值，实现温度值的变化转化成测量输出电压值的变化。该系统方案的指标：测温范围：-55℃~+150℃；测温分辨力：0.5℃；测温准确度：1%。

单片机模块定时采集电压值，将其转换成温度值并显示：接受键盘输入，完成设置报警值的功能。单片机电路由AT89C51单片机及相关器件组成，AT89C51的P2口接键盘。P0.0控制变色二极管的红色端；P0.1控制变色二极管的绿色端；P0.2控制蜂鸣器鸣叫。P1.0、P1.1为显示器提供串行时钟及数据信号，P1.2、P1.3提供A/D转换的串行时钟及数据信号，P1.4用于提供MAX187的片选信号。

集成温度传感器AD590是一种新型的两端式恒流温度传感器，流过的电流值等于绝对温度的度数。通过AD590的基本应用电路把电流信号转换成电压信号输出，用来采集外界温度。

在AD590中，流经器件的电流等于其改变的热力学温度数；电阻R1为10KΩ，其输出电流与绝对温度成正比，温度每升高1K（K为开尔文温度），输出电流就增加1uA。其输出电流I=（273.2+T）uA，本设计中串联电阻的阻值选用10KΩ,所以输出电压V0=（2732+ 10T）mV。然后把变化的电压输入到AD转换器中，把模拟信号转换成数字信号输入到单片机。

显示电路使用LED数码管显示器，采用静态显示方法。4片74LS164通过串接为LED数码管提供显示段码。R1~R41是LED限流电阻，为取电阻值为1KΩ。系统是使用单片机的两个引脚为74LS164提供移位脉冲及串行数据，软件编程时，每次通过这两个引脚串行传送4个显示字符的32位段码。显示模块用于显示温度值。温度值范围-55℃~+150℃，显示到小数点后一位，采用静态显示方法。第一位LED数码管显示符号，第二、三位显示温度值整数部分，第四位显示小数部分【3】。

按键模块采用4×4行列矩阵结构，用户通过键盘模块设置上、下限温度报警值。用户可以使用的按键有0~9十个数字键，在数位间移动的NEXT按键，确定输入值的确定键以及符号按键，共13个按键。KEYL0~KEYL3是行线，分别接单片机的P2.0~P2.3；KEYR0~KEYR3是列线，分别接单片机的P2.4~P2.7。软件编程时采用线反转法，该方法要求行线和列线都要上拉电阻。由于MCS-51单片机的P2口内部集成上拉电阻，所以系统未加。S1~S10分别表示0~9字符键，S11表示NEXT键，S12表示符号键，S13表示确认键。

LS1是一个蜂鸣器，有SPCON端控制发声。当SPCON输出低电平时，蜂鸣器响；输出高电平时，蜂鸣器停止鸣叫。变色二极管LED1有两个引脚：K为公共阳极接VCC；G为绿色控制输入端，输入低电平时，发绿色光；R为红色控制输入端，输入低电平时，发红色光。系统通过LEDRCON、LEDGCON控制LED1发不同颜色的光。通过蜂鸣器实现声音报警；通过变色二极管实现上限报警和下限报警，红色表示上限报警，绿色表示下限报警。

2系统软件总体设计

软件设计主要是对温度进行采集、显示并判断是否超出预设范围：通过安检操作，输入温度上下限报警值。整个软件可分为按键子程序，显示子程序、温度采集子程序、报警子程序及其系统主程序。按键子程序针对硬件电路总的按键电路，负责键盘扫描返回用户按键值。显示子程序针对硬件电路中的显示电路，负责显示温度值。报警子程序针对硬件电路中的报警电路，控制蜂鸣器鸣叫和发光二极管发光。温度采集子程序针对硬件电路的测温电路，实现将温度转化成数字量。主程序通过调用各个子程序，实现系统功能。

系统主程序通过调用其他主程序实现系统功能。函数调用刷新显示函数完成不同模式的显示功能，调用按键扫描函数获得按键，调用按键处理函数对按键进行处理。主程序流程图如图2所示。

温度采集子程序负责控制MAX187对输入电压进行转换，并读取转换后的数字量，根据测温电路原理计算得出AD590输出的电流大小，再根据电流大小与热力学温度度数之间的关系，得出系统温度值。温度采集子程序流程图如图3所示。

刷新显示函数用于主程序中，完成显示温度值及显示设置报警值。函数流程图如图所示，当SysMode=0时显示采集的温度值，并进行报警处理；当SysMode=1时，用于实现设置上限报警值的显示；当SysMode=2时，用于实现设置下限报警值的显示。刷新显示流程图如图4所示。图4刷新显示流程图

报警子程序设置报警函数用来设置上、下限报警值。程序流程图如图所示，如果Mode=1，该函数用来设置上限报警值；Mode= 2，用来设置下限报警值。设置报警流程图如图5所示。

图5设置报警流程图

报警子程序通过控制蜂鸣器和变色二极管实现声光报警。根据系统采集的温度值，据顶是否控制报警电路报警。若温度值大于上限报警值，则蜂鸣器响、二极管发红光；若小于下限报警值，则蜂鸣器响、二极管发绿光；否则不报警。报警程序流程图如图6所示。

3结论

本文给出了电子设计详细原理图和软件设计方案，按照详细的电路图进行软件设计，经过多次下载程序到硬件电路中调试，测试温度性能调整，完成测温系统的设计，整个系统运行稳定、良好，各项性能指标均达到设计的要求。实践证明了本系统的正确性并具有一定的实用性。

参考文献：

[1]李金平,沈明山,姜余详.电子系统设计[M].北京：电子工业出版社,2007:128-145.

[2]胡伟,季晓衡.单片机C程序设计及应用实例[M].北京：人民邮电出版社,2003:236.

[3]姜威.实用电子系统设计基础[M].北京：北京理工大学出版社,2008:366-370.

[4]张刚毅,彭喜元.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社,2003:227-235.