1、1 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 带温度传感器的单片机研究 摘要 ：本文介绍了单片机的发展历史，同时介绍了单片机的基本构造，还有单片机的硬件特性，介绍了单片机的功能扩展，介绍了温度传感器的原理及其分类，几种常见的温度传感器的特性与应用，对单片机和温度传感器的发展做了部分介绍。 关键词 ： 单片机； 温 度传感器；单片机应用； 热电偶 ； 热电阻 1.引言 微型化是计算机发展的重要方向，把计算机的控制器存储器、运算器输入 /输出（ I/O）接口四个组成部分集成在一个硅片内，于是就出现了一个以大规模集成电路为主的微型计算机简称 单片机。由于单片机的重要应用领域为智能化电子产品，一般需要嵌入
2、一定设备，故又称为嵌入式微控制器（ Embedded Microcomputer）。目前生产的单片机厂商很多，产品型号规格数不胜数，性能各具特色1。在实际的运用中，用到了单片机的各项功能的扩展，其中与传感器之间的结合运用相当广泛。在此介绍单片机与温度传感器之间的结合，丰富了单片机的运用。 在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了包含半导体热电偶传感器在内的多种温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微 波传感器 2。温度传感器各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常小，而且可以广泛应用在生产实践的各个领域中 。 2单片机的发展历史 单片
3、机的发展课分为四个阶段：单片机初级阶段，应为工艺的限制，此阶段的单片机采用双片的形式而功能比较简单；低性能单片机阶段，此阶段的单片机已为一台完整的计算机，单内部资源不够丰富；高性能单片机阶段，此阶段的单片机片内资源丰富，以 Intel公司生产的 MCS-51系列为代表，片内及乘客 8位 CPU、 16位定时器 /计数器、串行 I/O口，多级中断系统、 RAM、 ROM等，片内 RAM和 ROM容量加大，寻址范围可达 64KB。有的型号内部还带有 A/D转换器； 8位单片机的巩固发展及 16位、 32位单片机推出的阶段 3。 3单片机的基本结构 单片机 由运算器 、控制器、存储器、输入输出设备构
4、成 。 2 4 单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。飞机上各种仪表的控制， 导弹 的导航装置，工业自动化过程的实时控制和数据处理 ， 计算机的网络通讯与数据传输，广泛使用的各种 智能 IC 卡，录像机、 民用豪华轿车的安全保障系统， 摄像机、 以及程控玩具 ， 全自动洗衣机的控制，电 子宠物等，这些都离不开单片机 4。 单片机广泛应用于医用设备仪器仪表、航空航天 、 家用电器、专用设备的智能化管理及过程控制等领域 5。 在此介绍单片机的扩展功能，列举其余温度传感器相结合，以达到单片机功能的扩展及其相关产品的研发。既丰富了单片机的共能，同样也能
5、实现产品的自动化以达到人们对产品功能多样的要求，下来介绍温度传感器。 5.温度传感器的介绍 温度传感器的测温原理 : 利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的 传感器 。 5.1 温度传感器的分类 5.1.1 接触式和非接触式 温度传感器 接触式温度传感器 :接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称 温度计 。通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。 非接触式温度传感器 : 它的 敏感元件 与被测对象互不接触，又称非接触式测温 仪表 。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的 表面温度 ，也可用于测量温度
6、场的温度分布 6。 5.1.2 模拟温度传感器 热电偶 : 工作原理 是 当有两种不同的 导体 和半导体 A和 B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为 T，称为工作端或热端 ，另一端温度为 TO，称为自由端 (也称参考端 )或冷端，则回 路中就有 电流 产生。 热电阻 ：其 材料特性 为 导体的 电阻 值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构 成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于 -200 500 温度范围内的温度测量 7。 5.1.3 逻辑输出型温度传感器 在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个
7、设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。 3 5.1.4 数字式温度传感器 就是能把温度物理量和湿度物理量，通过温、湿度敏感元件和相应电路转换成方便计算机、plc、智能仪表等数据采集设备直接读取得数字量的传感器 。 5.2 几种常用的温度传感器 AD590温度传感器 ： AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为 3到 30V，输出电流 223A （ -50 ） 到 423A （ +150 ），灵敏度为 1A/ 。当在电路中串接 采样电阻 R时， R两端的电压可作为喻出电压。注意 R
8、的阻值不能取得太大，以保证 AD590两端电压不低于 3V。AD590输出电流 信号 传输 距离可达到 1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达 20M ，所以它不必考虑选择开关或 CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的 误差 7。 LM135/235/335温度传感器 ： LM135/235/335系列是美国国家半导体公司（ NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感 器，工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为 10mV/K，具有小于1 的动态阻抗，工作电流范围从 400A 到 5mA，精度为 1 ， LM135的温度范围为 -55到 +150 ， LM235的温度范围为 -40到
9、+125 ， LM335为 -40到 +100 。封装形式有 TO-46、 TO-92、 SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中 8。 数字温度传感器 DS18B20：它由美国 Dallas 半导体公司生产的数字化温度传感器 DS18B20。它由三个主要部件组成：温度传感器、 64 位激光 ROM、非易失性的温度报警触发器 TH 和 TL 。 DS18B20 支持 “ 一线总线 ” 接口，测量温度范围为 -55C 到 +125C ，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，在 -10 到 +85C 范围内，精度为 0.5C 。 DS18B20 采集到的现场温
10、度直接以先进的单总线数据通信方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量 9。 6. 结论 由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等优点已成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，具有广泛的发展前景。单片机技术的应用，使得许多领域的技术水平和自动化程度的以大大的提高 10。可以说，单片机的应用与发展对人类生活影响深远，研究单片机的温度扩展功能，可以熟悉单片机的基本功能，传感器的基本特性，同时也能引申单片机其它功能的扩展，知道相关功能实现所需要的器件 及其所需的流程，掌握单片机开发的相关技术与方法。 参考文献 1 薛钧义 .单片机微型计算机及其应用 M .西安
11、：西安交通大学出版社， 1997 年 . 2 王俊峰，梦令起，等 .现代传感器应用技术 M.北京：机械工业出版社， 2006 年 8 月 . 3 杨恢先，黄辉先 .单片机原理及应用 M北京：人民邮电出版社， 2006 年 10 月 . 理群芳单片微型计算机与接口技术 M，北京：电子工业出版， 2001 年 . 4 4 张函芳 单片机应用系统设计（系统配置与接口技术） M 北京：北京航空航天 大学 出版社， 1990年 . 5 李广弟 .单片机基础 M北京：北京航空航天大学出版社， 2001 年 . 6 何希才，等 .传感器及其应用实例 M.北京 ;机械工业出版社， 2004. 7 刘笃仁，韩保
12、君，刘勒 .传感器原理及应用技术 M.西安：西安电子科技大学出版 .2009,4. 8 黄肾武，等 .传感器原理与应用 M.成都 ;电子科技大学出版社， 1995. 9 丁继斌 .传感器 M.北京：化学工业出版社， 2010,1. 10 余人杰 .计算机控制技术 M西安：西安交通大学出版社， 2001 年 7 月 . 11 LEIGH.J.R: Apllied digital control Prentice Hall,1992 . 12 John J.Dazzo,Constantine H.Houpis. Linear Control System Analysis and DesignM McGraw-Hill.2000.
