基于STC15F系列单片机的微型测温电路的设计

许艳光，胡 辉，许丽华



基于STC15F系列单片机的微型测温电路的设计

许艳光1，胡 辉1，许丽华2

（1.北华航天工业学院，河北廊坊 065000；2.邢台职业技术学院，河北邢台 054035）

本设计提出以8位STC单片机为核心，通过普通I/O端口以合适的充电与放电顺序为RC电路充放电，实现温度测量，简化了硬件电路的设计，降低了对主控芯片集成性能的要求，具有温度测量节点的可扩展性。本次设计所用硬件电路较小，传输距离远实现了可模块化性能。解决了当前温度测量方法的软硬件复杂程度和成本高的问题。

单片机；温度测量；模块化

随着社会的进步，智能控制技术的普及，测温技术的应用也越来越广泛。信息技术的发展，推动了高端处理器的发展，各个芯片厂家陆续推出系列型号的处理器，不乏内部带有A/D处理功能。然而这些带A/D功能的处理器往往较高。在一个设计中，如果需要多个温度传感器对不同节点进行温度测量时，再选择A/D方式，显然无法满足测温要求。

本文提出了一种采用RC充放电原理实现测温的新型测温电路在STC15F系列单片机上的应用，以STC15F101W单片机为核心处理器，通过单片机普通I/O端口为RC回路充放电，并记录RC电路放电时间，由此实现电阻阻值的获取，然后采用查表的方法将热敏电阻阻值转化为温度值。

一、系统硬件原理分析

1.新型测温电路的系统结构设计

为实现多温度采集，设计中根据RC充电与放电需要一段时间的原理，提出一种新型测温电路方案在STC单片机的应用。采用低成本热敏电阻作为测温元件，处理器采用廉价的STC15F101W单片机，芯片仅有8个引脚。STC15F系列单片机是新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，不需外部晶振，内部集成高度R/C时钟，不需外部复位内部集成高可靠复位电路。其设计结构框图如图1所示：

图1 系统结构框图

2.系统整体电路硬件设计原理

图2所示为RC充放电电路测温电路原理图，其中，R40要求为1%精密电阻，其阻值与待测量的温度传感器最大阻值相近，用于获得放电时间T1；端子为热敏电阻接口，用于获得放电时间T2；R41阻值为47Ω到1K均可，起保护作用；电容C21的要求不高，无极性的贴片电容或钽电容均可，容值在0.01uF到1uF之间。将采集到的温度值，通过串口转换为485模式进行传输，具有传输距离远的优点。该电路所需元件较小，可以做成小模块。

图2 RC充放电电路测温电路原理图

3.系统硬件

根据原理图和功能的需求，所设计的PCB最终结果如图3所示：

图3 RC充放电电路测温电路PCB图

二、RC充放电方式测温的软件实现

本次系统设计，首先温度测量端始终为悬浮输入，一次完整的测温程序大致可以分为4个步骤完成。

（1）为回路充电，先置温度探头和温度参考端为输出高电平，用温度测量端检测，直到判断为高电平，充电完成。

（2）通过参考电阻放电获得放电时间T1，先将T1置为0，此时将温度探头设置为高阻态，参考电阻端设置为输出低电平，用温度测量端检测，开始计数，直到判断为低电平，此时停止计数获得T1计数值。为防止因为电路异常导致程序死锁，在计数过程中设定一个计数上限，当T1值大于上限值时可认为电路故障，此时返回错误代码。

（3）再次为回路充电，先置温度探头和温度参考端为输出高电平，用温度测量端检测，直到判断为高电平，充电完成。

（4）通过温度探头放电获得放电时间T2，先将T2置为0，此时将参考电阻设置为高阻态，温度探头端设置为输出低电平，用温度测量端检测，开始计数，直到判断为低电平，此时停止计数获得T2计数值。为防止因为电路异常导致程序死锁，在计数过程中设定一个计数上限，当T2值大于上限值时可认为电路故障，此时返回错误代码。

至此，一个完整的RC充放电测量软件处理过程完成，最后通过RC充放电公式计算出热敏电阻当前的阻值，如下所示。

由RC电路的零输入相应方程：

得：

由式（2）可知，由于通过R1和R2的放电是对同一个电容放电。所以有：

根据当前所求的阻值，由查表可以得到当前的温度值。

三、总结

本次设计所实现的功能，对以往测温方案有所改进，仅仅使用热敏电阻和电容便可实现温度测量，简化了硬件电路设计，降低了设计成本与复杂度，简单实用，所设计的模块较小，接线方便，可用于要求测温节点较多的场合。设计出电路板体积较小，能够实现测温并传输的功能，可集成性较高。本设计中，电容值的大小只会影响充放电时间，其计算公式不会受影响，因此也不会影响温度测量。

[1]蔡元宇.电路及磁路[M].北京：高等教育出版社，2006：372-376.

[2]张洪润张亚凡.传感器技术与应用教程[M].北京：清华大学出版社，2009.

[3]冯荣达，曹柏荣.基于热敏电阻的多点温度测量系统[J].微计算机信息，2008（11）.

[4]南通国芯微电子有限公司.STC15F101W系列单片机器件手册[Z].2013.

（责任编辑王傲冰）

The Design of Micro Circuit Temperature Measurement Based on STC15F Series MCU

XU Yan-guang1，HU Hui1，XU Li-hua2

(1 North China Institute of Aerospace Engineering, Langfang, Hebei 065000, China)(2 Xingtai Polytechnic College, Xingtai, Hebei 054035,China)

This design is put forward based on using 8 bits STC microcontroller as the core, according to the appropriate order of charging and discharging for RC circuit with the common I/O port, achieved the temperature measurement, simplify the hardware circuit design, reduces the cost of the integrated performance of the main control chip requirements, possess temperature measurement node scalability. The hardware circuit is smaller in this design, with the long distance transmission, realizes the modularization properties. It has solved the current problems of complexity of software and hardware and the high cost of temperature measurement method.

singlechip; temperature measurement; modularization

TP274

A

1008—6129（2015）01—0093—03

2014—12—15

许艳光（1987—），河北内丘人，北华航天工业学院2013级研究生。