基于单片机的热敏电阻数字温度计设计

薛秋实

辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的热敏电阻数字温度计设计

薛秋实

辽宁锦州渤海大学工学院

在人们的生活中，温度是一个经常测量的变量，与人们的生活息息相关。传统意义上的温度计的缺点是温度读取不灵敏，精确度差，并且读取的温度存在很大的误差等。在很多的重要领域中，对温度精确度有很大方面的要求。所以本文采用模块化的思想设计了基于单片机的热敏电阻数字温度计，具有温度读取精确度高，高性能，稳定性高等优点，集合软件硬件设计，电路设计简洁。

热敏电阻 数字温度计 单片机

随着工业化以及信息技术的飞速发展，很多的工业生产领域中都纷纷用到了温度传感器技术。人们的日常生活离不开温度，温度测量具有重大的现实意义以及研究意义。

1 热敏电阻原理概述

作为温度传感器中的一种，热敏电阻的组成部分包括了仿陶瓷半导体。相比于普通的电阻，热敏电阻的特性包括了负的电阻温度，也就是意味着当温度升高的时候，热敏电阻的值就会相应地降低。热敏电阻的温度特性关系如图1所示。

图1 热敏电阻温度特性

从图中能够发现，热敏电阻温度特性所表示的是电阻值与温度之间的关系图，这两者之间具有比较大的非线性，所以当运用的时候需要实现线性化转换。通过线性化处理可以将热敏电阻的非线性进行改进，然而实现起来却比较繁琐。所以，在具体的应用中，通常会选择适宜的线性关系，从而进行计算的简化处理。热敏电阻能够用来感知温度，并且提供恒定的电流给热敏电阻，测出热敏电阻两端的电压值。最后按照热敏电阻与温度的公式T=T0-KVT进行计算。公式中的T代表的是被测温度，T0代表的是温度参数，K代表的是热敏电阻特性的系数。而VT就是需要测量的电压值。

按照这个公式，假如能够将热敏电阻两端的电压值求解出来，然后得到T0以及K的值，那么就能够把被测温度，也就是热敏电阻的环境温度求解出来。从而最终把将温度与电阻之间的关系向温度和电压之间的关系进行转换。对于数字电阻温度计而言，设计的最重要的任务是将热敏电阻所在的电压值通过数字模拟信号转换后形成数字信号，最终把生成的信号发送到单片机里面，最后采用软件的方法把温度值求解出。进一步显示并且打印处理。

2 设计方案

热敏电阻是一个很敏感的器件，在温度测量以及遥控技术和无线电方面都有广泛的应用，热敏电阻可以把对环境温度的改变向电阻值的改变进行转换，这是一个温度变化向连续电信号变化的过程，接着通过外电路将形成的电信号进行转化。从而最终形成单片机所能够处理的脉冲信号。由热敏电阻形成的振荡电路可以进行电阻转换频率的操作。从而形成温度与电阻值和频率三者之间的相应联系。温度精确度的测量与处理器处理频率信号有一定的联系。如果需要保证测量的温度精确，那么就需要选择精确的方案。

3 系统设计

热敏电阻温度计的核心是单片机，该温度计主要是对温度进行检测与测量。本文系统是由几个模块组成的，每一个模块都是由单片机进行控制的，系统的总结构图如图2所示。

图2 系统总结构图

系统中键盘输入模块是根据用户所按下的按键，从而通知微处理器调用相应的操作。在系统的硬件设计电路中，需要将系统模块进行分割，然后依次对这几个子模块进行设计，从而最终通过单片机控制该子模块。系统的总电路图如图3所示。

图3 总体电路图

温度信号的采集电路中将电阻R2、R3以及PT100形成惠斯登桥式电路，通过电桥将差分信号获取，然后再将放大的信号发送到型号为ADS7816的模数处理器中。在该电桥电路桥臂中设置了可调电阻，该电阻能够将运算放大器中的电压信号进行零点调节处理。将可调电阻安置在放大器两端，从而可以实现电压放大。温度的变化值是0至100度间。如果温度发生改变，那么也会影响着PTIO0的电阻值的改变，最终放大输入放大电路的差分信号，放大电路中的电压输出值也会发生变化。

3.1 系统软件设计

软件设计模块中具体所涵盖的模块有主程序，键盘扫描程序、温度读取程序等。主程序流程图如图4所示。

图4 主程序流程图

3.1.1 键盘输入模块

键盘输入模块需要实现的是通过单片机设置参数，作为按键组合中的一种，信息的输入都是通过键盘进行输入的，一般情况下的按键都会有相应的I/O端口对应，当键盘没有任何的操作时候，该I/O端口就是处于特定的状态。如果闭合键被按下的时候，电平就会发生相应的改变。同时其它的位电平不变发生改变。当单片机读取到特殊电平的时候，就能够得出按下的是哪种按键。

3.1.2 温度读取程序

当温度读取后，温度的小数保存在LOW低四位中，温度的精确度能够保存到0.0324℃，温度的整数是保存在High的低四位以及Low高四位，当High中高四位都是用1表示的时候，则说明是负数，如果高四位都是0，那么说明是正数。因此提取出数据以后，温度能够分为小叔部分、符号部分以及整数部分三部分。温度的小数部分还精确处理，当小数是超过了0.5℃时候，个位就会向前进1，如果温度的小数部分是低于0.5℃，那么就把该小数忽略掉。如果温度是负数时，就会实现数据的转换操作，温度的整数部分会实行先取反位，再进行加1处理。另外由于本文选择的单片机所能承受的温度最低值是0下55℃，因此能够把整数部分中的最高位用“-”表示，代表负数。温度读取程序如图5所示。

图5 温度读取流程图

3.1.3 温度计算程序

使用热敏电阻可以得到温度与电阻之间的关系，一般情况下当温度在一定范围以外的时候，数码管中就会用标志“F”显示。温度程序代码为：

结语：随着当今科技的飞速发展，集成电路也日益成熟，相对于传统意义上的温度计，本文设计的热敏电阻温度计中阐述了热敏电阻器的相关知识，同时还介绍了硬件电路以及软件电路的设计。在现代的很多工业生产中，很多的物理以及化学反应的过程中都会涉及到温度这个控制量。如果在工业生产中没有很好地把握温度变量，那么就很容易造成重大的工业安全，以及产品质量问题，所以测量温度在工业生产中起到了很大的作用。

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