基于STC8A8K64S4A12和AD590的远程测温系统

关大陆

(辽宁科技学院 电气与信息工程学院，辽宁 本溪 117004)

0 引言

温度测量对工农业生产具有重要的作用。常见的温度检测方法有热电阻、热电偶等温度传感器，该种测温方式测温范围广，但是需要后续信号调理和处理电路，尤其是非线性校正增加了设计中的难度。本测温系统采用ADI公司的AD590传感器，具有良好的线性度，反应速度快，测温范围是-50到150摄氏度。在整个测温范围内，AD590L校正后的最大误差为1.6摄氏度。同一般的AD590测温系统相比，本设计采用新型、高集成度的STC8A8K64S4A12单片机，提高系统的性价比，减少硬件，缩短调试时间。

1 AD590温度传感器

图1是AD590的实物图片。

图1 AD590实物图图2 AD590测温原理

AD590为电流输出，其关系为：

I=K*(t+273.15)

(1)

上式中，K=1uA/℃，t为AD590温度传感器所在的环境温度，单位为摄氏度〔1〕。上式的存在前提是AD590传感器上的电压降不低于4.0V；否则该输出方程不成立。

图2为典型的AD590的测温电路，输出电压

U0=IR

(2)

式1中，I为AD590的输出电流值，正比于开氏温度。当R取10KΩ时，可以获得典型的10mV/℃输出灵敏度。

2 系统的整体硬件设计

2.1 电源和传感器部分

图3 电源和传感器部分

电源部分采用DC12V供电，D1二极管防止电源极性接反。为了提高AD转换精度，采用模拟部分和数字电子部分分别供电模式，由U2a和U2c提供模拟数字部分的DC5V电源。同时通过DC12V和U2b(7808)产生DC8V电源，供给AD590。在200℃测温范围内，输出电压的最大值约为4.73V。

2.2 单片机部分

图4 单片机部分

STC8A8K64S4A12单片机是我国宏晶公司(STC)最新推出的单片机，该单片机具有1T的分频功能，系统内核兼容51单片机系列。该单片机同时内部集成了RC振荡器，简化了振荡电路；内部也集成了12位SAR型AD，一般精度下，无需外扩AD。该AD也具有AVref和AGND引脚，可以进一步提升转换精度〔2〕。

图4中，传感器输出电压由P1.0口引入，在模拟电源和数字电源引脚处，用两个滤波电容C31和C32，防止高频干扰。为了提高AD转换精度，采用模拟地和数字地单点接地方式。

2.3 通信和调试部分

图5 系统调试部分

图5中为通信和调试部分，采用江苏沁恒公司CH340G芯片〔3〕，它将USB接口虚拟为串行接口。该虚拟串口可以在调试时候作为STC-monitor接口，提供硬件在线调试功能。在调试完毕后，可以作为一般串行口，向上位机发送温度数据。

3 软件设计

图6是软件设计部分。AD初始化部分，完成AD转换速率、AD上电、模拟通道选择、对齐方式和串口初始化的设定。本设计采用右对齐方式。

图6 软件设计

标度变换实现复现温度数值，变换公式根据公式1和公式2来决定。

4 测试结果

测试条件如表1所示。模拟地和数字地接地方式为单点接地，温度标准单元为可调式恒温箱，传感器为AD590L。

表1 测试条件

测试结果如表2所示：

表2 测试结果

5 结语

通过实际测试，基于AD590和基于STC8A8K64S4A12测温系统具有精度高、性价比高、不需要复杂信号调理电路，硬件实现简单，可以实现远距离高精度测温。同时还可以进行多路测温的扩展。

〔1〕MAXISM公司.AD590手册体〔M〕.DSLLAD公司.2003.

〔2〕STC公司.STM8系列单片机技术参考手册〔M〕.2016.

〔3〕江苏沁恒公司. USB总线转接芯片CH341〔M〕.2017 .