基于LM35的单片机温度采集显示系统①

王思淼， 陈战胜，2， 胡正坤

(1.北京联合大学应用科技学院，北京102200;2.北京交通大学计算机与信息技术学院，北京100044)

0 引言

随着电子和传感技术的快速发展，温度的测量和控制在民用、工业以及航空航天技术等领域，等到了广泛应用.小型的、低功耗的、廉价的、可靠性高的温度传感器引起了人们的广泛关注［1］.在实际生产、生活等领域中，温度是环境因素不可或缺的一部分，对温度进行及时精确的控制和检测显得尤为重要.本文基于AT89S51单片机，采用LM35温度传感器，设计了一种灵敏度较高，抗干扰能力强，工作稳定可靠的温度采集显示系统［2－3］.

图1 温控系统原理框图

1 系统结构及工作原理

温度采集显示系统电路由温度采集模块、A/D转换模块、单片机控制模块、数码管显示模块和下载模块组成.电路工作原理是:首先由LM35温度传感器采集外界环境的温度，经LM358放大10倍后以电压形式输入到A/D采样电路，由A/D转换器TLC549将温度的数字量值传送给单片机系统，再有单片机系统驱动数码管显示温度.本文设计的基于LM35的单片机温度采集显示系统的温度测量范围为25℃ ～80℃.

图2 温度采集模块电路原理图

图3 A/D转换模块电路原理图

温度采集显示系统电路是一个开环控制系统，系统原理框图如图1所示.

2 系统核心硬件电路设计

系统核心硬件电路设计主要包含温度采集模块的设计、A/D转换模块的设计、单片机控制模块的设计、数码管显示模块的设计和下载模块的设计.

图4 单片机控制模块的电路原理图

2.1 温度采集模块的设计

传感器是信号输入的第一个环节，也是整个测试系统性能的关键环节之一，因此对传感器的正确选用显得尤为重要.在本系统中，温度采集模块的核心硬件采用LM35温度传感器，该器件有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，其输出电压与摄氏温度线性成比例，温度每上升1℃，电压上升10ms.LM35无需外部校准，可以提供±1/4℃的常用室温精度.从经济适用等多方面考虑，系统采用LM35温度传感器和LM358放大电路进行温度采集模块的设计，设计原理图如图2所示.

图2中，经过LM35传感器采集后的微弱电压通过LM358放大电路放大10倍后送入单片机.

图5 数码管显示模块的电路原理图

2.2 A/D转换模块的设计

A/D转换模块的核心硬件采用TLC549，它是CMOS串行的8位A/D转换器，该集成电路内置一个8位开关电容逐次逼近型ADC.该A/D芯片转换时间为17us，支持电压为3V～6V.TLC549的使用只有输入/输出时钟，输入随着芯片选择(CS)的控制输入数据.TLC549的输入/输出时钟的输入频率高达1.1MHz.A/D转换模块的设计原理图，如图3所示.

图6 下载模块的电路原理图

2.3 单片机控制模块的设计

8031芯片由于内部没有程序存储器，需要进行外部扩展，不仅占用空间大，而且电路复杂度增大.51系列微处理器基于简化的嵌入式控制系统结构，在个人PC机、自动控制、甚至军事领域都应有广泛，作为控制核心优点凸现.

单片机控制模块的核心硬件采用AT89S51，该单片机是一种低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器，可读可写.具有在线编程的功能，能够在线调试软件使其与硬件匹配.系统通过单片机驱动数码管，使其显示所测温度.单片机控制模块的设计原理图，如图4所示.

2.4 数码管显示模块的设计

显示系统是单片机控制系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值，便于工作人员及时掌握生产过程.数码管显示模块采用普通8为数码管，利用单片机驱动数码管显示所测量的温度.

数码管显示模块的设计原理图，如图5所示.

图7 主要函数的代码

2.5 下载模块的设计

下载模块可以实现单片机之间的单机通信、多机通信，以及与计算机之间的通信，本系统主要实现从计算机上下载程序到单片机上，从而驱动整个电路板的工作.

下载模块的核心硬件采用串口MAX232和RS232，MAX232是TTL和RS232电平相互转换的芯片.单片机通过内部的通用异步接收/发送器(UART)与MAX232进行通信.下载模块的设计原理图，如图6所示.

3 系统软件设计

系统软件设计采用C语言编程，模块化结构进行开发［4］.该程序主要包括主函数、延时子函数、A/D转换子函数和温度显示子函数.其中，延时子函数和A/D转换子函数如图7－a所示，温度显示子函数和系统主函数如图7－b所示.

4 系统性能测试

性能测试表明，在室内恒速移动、室温变化不明显.同样，在室外进行温度采集，变化也不是很明显.当用手指捂住芯片或采用或暖风机加热使得室温快速发生变化，温度急剧上升.测试结果表明本系统响应时间短，灵敏度高.

5 结论

温度采集和控制系统在现代生活中应用的十分广泛.系统实现了温度的采集和显示功能，经过反复试验表明该系统具有响应时间短、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点，同时具有体积小和成本低廉的优势，具有很高的工程价值，在日常生活和学术研究等领域有着广泛的应用前景.

本系统采集的温度范围为25℃ ～80℃之间，温度数值的精度为整数，下一步将研究如何采用频率检测控制技术来进一步提高温度测量精度和范围.同时，通过扩展后还可以用于温度测量、温度预警、控制为一体的多功能产品.

［1］Akyildiz IF，Su W，Sankarasubramaniam Y，Cayirci E.A Survey on Sensor Networks［J］.IEEE Communications Magazine，2002，40(8):102－114.

［2］龙威林，杨冠声，胡山.单片机应用入门—AT89S51和AVR［M］.北京:化学工业出版社，2008.

［3］台湾欧姆龙股份有限公司FA PLAZA编著小组.OMRON传感器与温度控制器［M］.北京:科学出版社，2011.

［4］刘建清.轻松玩转51单片机C语言［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2011.