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数字温度计电路设计探析范文

时间:2022-11-12 02:49:18

数字温度计电路设计探析

摘要:

在日常生活以及各行业的生产中,通常都不可缺少测量温度以及控制温度的相关技术。在科学实验中,温度控制是常用的一种方式。在日常生产中,温度控制需要受到更高的重视,测量温度的目的就是为了妥善调控温度。现今的技术形势下,单片机电路控制下的数字温度计已经诞生,并且逐渐受到了更多行业的认可和接受。对于此,有必要探析单片机控制下的电路设计方式。结合温度控制的真实情况,探究更完善的电路设计以及数字温度计设计。这样做,可以直接读取精确的温度,单片机连接的方式也能够减少整体的电路制作成本,便于日常的电路使用。

关键词:

传感器;温度计;单片机STC89C52;温度传感器DS18B20

1概述

在具体设计新式数字电路的过程中,基于单片机的新式设计方式具备了独特的优势。这是由于,单片机控制方式的数字电路可以测量实时性的温度,经过测量然后显示精确的温度数值。同时,温度传感器配备了特定规格的芯片,能够在温控的全部过程中输出数字形式。相比于传统方式下的温度控制,单片机的控制能够节省额外的测温电路。与此同时,温度传感器也具备了更稳定的理化性能,可以用在工业测温的具体过程中,元件具备优良的线形。在0~100℃时,最大线形偏差小于1℃。基于单片机的数字温度计的电路设计包括:控制器单片机STC89C52芯片,温度传感器DS18B20芯片和4位显示温度的LED数码管。温度传感器DS18B20芯片进行温度检测,然后把数据送入主控制器单片机STC89C52芯片进行分析和温度值的转换,最后通过显示电路显示出温度值。

2温度传感器DS18B20芯片的工作原理

DS18B20型号的温度传感器设有内置的芯片,通过芯片就可以调控精确的时序,从而确保完整的温度数据。从单线的角度来讲,传感器可以传输的信号具体包括了应答脉冲以及复位脉冲这两类。在输入时隙时,高电平的数据线就会经过主机然后转变为较低的电平,写时隙因此就能够产生。具体而言,对于时隙的书写方式包含了0和1的两种。从高电平转换成低电平这个过程中,通常需要设置60μs或更长的时隙。在不同时隙之间,应当确保最短的恢复时间。在持续60μs以后,温度传感器就可以用来采样。具体而言,1代表高电平,而0则代表低电平。对于读时隙而言,这种时隙也源自高低两种电平的彼此转换。针对芯片的数据,具体在读取的过程中也需要确保数值的精确性。对于数据线而言,需要确保1的低电平。经过15μs之后,传感器的芯片就可以输出相应的时隙数据。因此这个阶段中,主机应当确保适当的引脚高度。对于读写时隙而言,两种类型的时隙都需要持续特定的时间,通常为60μs。在单独的时隙中间,还要留出必备的恢复时间。对于写时隙来讲,需要在设置的时间范围内将主机的总线有效释放,然后传感器芯片才能给出精确的回应。某些情况下,如果主机始终处在较低的电平,那么总线器件就需要输出0的数值。

3温度计电路的设计

3.1电源电路设计

数字温度计电源电路如图1所示,电源部分采用常见的变压器加三端稳压芯片L7805组成。变压器把交流220V变成交流12V左右,由于整个系统所用的电量不大,所以变压器选择5W的即可。为了兼容现有可用的直流电源,电源电路增加了1N4007,以防止直流电源的反接。经过整流和三端稳压管之后,输出为标准的DC5V电压。因为L7805输出电流大约为1A左右,完全可以供给后续电路工作。

3.2温度采集电路设计

基于智能化控制的数字温度计的温度采集电路如图1所示,U3为单片机STC89C52芯片,它的P0口和P2口与数码管的电路连接,以控制温度的数字显示。P3.7和温度传感器DS18B20芯片的引脚DQ连接,作为单一数据线。单片机的工作时钟频率为11.0592MHz,这决定了指令的运行时间,在软件设计中将根据此时间编写各种延时程序。U2为温度传感器DS18B20芯片,本设计中只使用了这一个单线器件,R3为单线的上拉电阻。温度传感器DS18B20芯片在出厂时默认配置为12位存储格式,其中最高位为符号位,即温度值为11位,单片机在读取数据时,一次会读取2个字节共16位,读完后将低11位的2进制转化为10进制后乘以0.0625便为实际所测的温度值,另外还要判断温度的正负。在某些情况下,单个数据线衔接的某个器件可以窃取电源,这样就形成了寄生电源。如果系统维持于较高的电平,那么电容器就能够存储足够的能量。在这时,如果转变为低电平,那么电源就会由此断开,直到再次恢复高电平。相比于普通电源,寄生电源具备了自身的优势,因为这类电源不必引入本地电源来提供帮助,自己就能够检测温度。即便缺少正常电源,那么寄生电源也可以帮助读取数值。在传感器芯片的装置上,为了测定精准的温度变化趋势,那么线路需要确保自身具备了充足的电流。这是由于,如果传感器表现出较高的芯片电流,那么DQ线就很难获得必要的驱动能力。在某个时刻,系统如果接入了较多总量的传感器,那么同时变换传感器引发的问题就会变得更明显。具体的解决途径为:发生温度变化的过程中,需要直接衔接DQ线与总电源。如果引入了寄生电源,则必须确保引脚能够接地。此外,温度传感器还可以借助外侧的引脚电源来提供电能,从而测定实时的温度。如果这样做,就可以在根本上杜绝强拉的问题。即便外文变化,主机也不必维持较高电平的状态。在温度变化时,单线仍然能够传输数据。在各条单独的线路上,都可以安放总数较多的传感器芯片。

3.3显示电路设计

基于单片机控制的数字温度计的设计采用4位数码管来显示实际测量温度,显示采用动态扫描显示,其中P0口作为数码管的段选信号,P2口作为数码管的位选信号。数码管采用共阳极数码管,因为数码管一个段码要亮,约为10mA左右的供电电流,电流太小会影响数码管的亮度。7段码加上DP点全亮要80mA左右的电流,位选信号用PNP型三极管2N3906完全可以满足电流的要求。R2为限流电阻,可以根据效果,调节亮度的大小。又因为,单片机P0口最大只有26mA的灌电流,平均每一个IO口只有3.25mA的驱动能力,7段码加上DP点全亮要80mA左右的电流,所以不可以直接用单片机IO口来驱动数码管。为此,系统增加了一个三态缓冲器SN54LS244作为数码管段码的驱动芯片。另外又由于P0口是漏极开路结构,所以在三态缓冲器SN54LS244前端增加了10Ω左右的上拉电阻。

4小结

在基于单片机控制的数字温度计的电路设计中,主要是以单片机STC89C52芯片为核心,对温度的检测与显示进行了简单的设计与阐述。硬件设计中主要运用了单片机STC89C52芯片和温度传感器DS18B20芯片。通过对硬件电路不断的处理,使得硬件部分比较完善,如电源模块中加入了L7805芯片,为后续电路提供了稳定的5V电压,另外,在显示电路中加入了三态缓冲器SN54LS244,保证了数码管的正常显示。总之,基于单片机控制的数字温度计硬件电路的设计达到了抗干扰,较高精度的目的。

参考文献:

[1]王静霞.单片机应用技术(C语言版).北京:电子工业出版社,2009.

[2]郝建国.单片机在电子电路设计中的应用.北京:清华大学出版社,2006.

[3]刘文涛.单片机应用开发实例.北京:清华大学出版社,2005.

[4]李光飞.单片机课程设计实例指导.北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[5]李光弟.单片机原理(修订本).北京:北京航空航天大学出版社,2001.

[6]王福瑞.单片微机测控系统设计大全.北京:北京航空航天大学出版社,1998.

作者:王林胜 单位:浙江省桐乡市华胜电脑

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