摘要：本文介紹了一種應(yīng)用LM35溫度傳感器開發(fā)的溫控系統(tǒng)，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理以及采樣值量化。同時(shí)對(duì)LM35傳感器特性、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)也作了介紹。該系統(tǒng)體積小、成本低、工作可靠，具有很高工程應(yīng)用價(jià)值。系統(tǒng)稍加改動(dòng)或擴(kuò)展，還可以完成溫度測(cè)量等功能。 關(guān)鍵詞：溫度傳感器 工作原理 硬件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 1．引言 在各類民用控制、工業(yè)控制以及航空航天技術(shù)方面，溫度測(cè)量和溫度控制得到了廣泛使用。在很多工作場(chǎng)合，元器件工作溫度指標(biāo)達(dá)不到工業(yè)級(jí)或普軍級(jí)溫度要求，可以通過設(shè)計(jì)加溫電路的辦法得以解決。小型、低功耗、可靠性高、低成本的溫度傳感器已經(jīng)越來越受到設(shè)計(jì)者的關(guān)注。本文介紹了一種基于LM35溫度傳感器開發(fā)的溫控系統(tǒng)硬件電路及軟件設(shè)計(jì)。 2．LM35溫度傳感器 LM35是NS公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品之一，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。因而，從使用角度來說， LM35與用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處，LM35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供±1/4℃的常用的室溫精度。 •工作電壓：直流4～30V； •工作電流：小于133μA •輸出電壓：+6V～-1.0V •輸出阻抗：1mA負(fù)載時(shí)0.1Ω； •精度：0.5℃精度（在+25℃時(shí)）； •漏泄電流：小于60μA； •比例因數(shù)：線性+10.0mV/℃； •非線性值：±1/4℃； •校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)； •封裝：密封TO-46晶體管封裝或塑料TO-92晶體管封裝； •使用溫度范圍：-55～+150℃額定范圍。 引腳介紹： ①正電源Vcc；②輸出；③輸出地/電源地。 3．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 溫控電路由傳感器電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D采樣電路、單片機(jī)系統(tǒng)、輸出控制電路、加溫電路構(gòu)成。電路基本工作原理：傳感器電路將感受到的溫度信號(hào)以電壓形式輸出到信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)經(jīng)過調(diào)理后輸入到A/D采樣電路，由A/D轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量值送給單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)的溫度要求判斷是否需要接通加溫電路。本文設(shè)計(jì)時(shí)以0℃為判別依據(jù)，當(dāng)溫度量值低于或等于0℃時(shí)，使加溫電路接通。當(dāng)溫度量值高于0℃時(shí)，加溫電路停止工作。 從圖1中可以看出，無論是何種原因?qū)е颅h(huán)境溫度低于0℃，單片機(jī)系統(tǒng)將輸出相應(yīng)的邏輯電平（本例設(shè)計(jì)為低電平），經(jīng)驅(qū)動(dòng)后控制輸出電路的繼電器閉合，使加溫電路工作。此系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。 4．核心硬件電路設(shè)計(jì)及采樣值量化 傳感器電路采用核心部件是LM35AH，供電電壓為直流15V時(shí)，工作電流為120mA，功耗極低，在全溫度范圍工作時(shí)，電流變化很小。電壓輸出采用差動(dòng)信號(hào)方式，由2、3引腳直接輸出，電阻R為18K普通電阻，D1、D2為1N4148。如圖2。此電路適用于測(cè)溫范圍為-55～+150℃場(chǎng)合。如果測(cè)溫范圍變化，可以對(duì)此電路作一些調(diào)整。筆者曾單獨(dú)對(duì)此電路做過溫度試驗(yàn)，把傳感器放在溫變循環(huán)箱中，每隔5℃作為一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，觀測(cè)并記錄輸出電壓（測(cè)試數(shù)據(jù)和U-T曲線限于篇幅，從略），試驗(yàn)結(jié)果表明LM35AH的線性度是令人滿意的。 信號(hào)調(diào)理電路主要完成對(duì)傳感器信號(hào)放大和限幅的功能，將傳感器電路輸出的變化范圍為2V左右的直流電壓，調(diào)理為±10V直流電壓，運(yùn)放采用LF412。A/D采樣電路選用12位AD轉(zhuǎn)換器AD574。單片機(jī)系統(tǒng)以AT89C55為CPU，外接鎖存器及輸出驅(qū)動(dòng)電路。輸出電路使用松下PhotoMOS繼電器AQZ202，來控制加溫電路的通斷。加溫電路采用功率電阻加溫的方法，單獨(dú)設(shè)計(jì)一塊加溫板，電阻采用“串聯(lián)＋并聯(lián)”的方式，總阻值為14Ω左右，供電電壓為直流28V，整板加溫功率為50W。 采樣值的準(zhǔn)確量化是溫控電路正常工作的關(guān)鍵，這里采用以下?lián)Q算辦法來進(jìn)行量化。 設(shè)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理后的電壓為Ui，則－10V≤Ui≤10V，已知－10V對(duì)應(yīng)的溫度為－55℃，10V對(duì)應(yīng)的溫度為125℃，易求得比例因數(shù)Kt＝0.111V/℃。 溫度為0℃時(shí)，ΔT＝55℃（即相對(duì)于－55℃的變化量）。 Ui＝－10V+ΔT•Kt＝－10V+55℃×0.111V/℃＝-3.895 V。 Ui轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，每個(gè)數(shù)字量對(duì)應(yīng)電壓值為4.883mV，（由12位AD，滿量程20V可得），用Ks表示?？汕蟮脭?shù)字量變化與溫度變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系： Kt/Ks ＝（0.111V/℃）/（4.883mV/數(shù)字量）＝22.73數(shù)字量/℃ 0℃時(shí)，AD輸出的數(shù)字量D0 = 0+55℃×22.73數(shù)字量/℃＝1250＝04E2H。 其他溫度對(duì)應(yīng)的數(shù)字量也可通過以上方法算出。 5．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件采用PLM/51語言與ASM混合編程，采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由主模塊、AD采樣模塊、初始化模塊、定時(shí)器模塊、出錯(cuò)處理模塊等部分構(gòu)成，修改和維護(hù)十分方便。 AD與單片機(jī)系統(tǒng)AT89C55連接采用中斷方式。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換完畢后，CPU讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，通過比較判斷，如果數(shù)字量大于0℃時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量04E2H，則刷新邏輯輸出口P1，送低電平。否則，P1口為高電平。軟件工作流程如圖3： 為了避免因干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作，軟件采取了一些冗余和容錯(cuò)處理。在AD模塊處理采樣數(shù)據(jù)時(shí)，采用了軟件濾波措施，以濾除電路中可能會(huì)出現(xiàn)的尖峰干擾。方法為連續(xù)采樣五次，通過比較判斷，去掉其中的最大、最小值。其余三次的值求和后取平均值，把平均值作為CPU用來判別的有效數(shù)據(jù)，再和04E2H（0℃對(duì)應(yīng)數(shù)字量）進(jìn)行比較。AD模塊部分代碼如下： $DEBUG $ROM（LARGE） AD_mod:DO; $INCLUDE（REG51.DCL） $INCLUDE（WKEXT.DCL） $INCLUDE（WKPRO.DCL） AD_zl: PROCEDURE PUBLIC; DECLARE max WORD; DECLARE mini WORD; DECLARE AD_S WORD; DECLARE （dtime ,i,j） BYTE; DECLARE adtemp（5） STRUCTURE（x BYTE,y BYTE）; DECLARE temp（5） WORD AT（.adtemp（0）.x）; DO j=0 TO 4; DO i=0 TO 20; dtime=dtime+1; END; IF NOT（ad_ok） THEN DO; adtemp（j）.x=port_ad_read; adtemp（j）.y=port_ad_read; END; temp（j）=SHR（temp（j）,4）; END; max=temp（0）; mini=temp（0）; DO j=1 TO 4; IF temp（j）>max THEN max=temp（j）; IF temp（j）6．結(jié)束語 基于LM35開發(fā)的溫控系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、測(cè)試，工作穩(wěn)定可靠，具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。該系統(tǒng)成本低廉，器件均為常規(guī)元件，有很高的工程價(jià)值，現(xiàn)已應(yīng)用于某型無人機(jī)飛控系統(tǒng)。如稍加改動(dòng)，本系統(tǒng)可以很方便的擴(kuò)展成為集溫度測(cè)量、控制為一體的產(chǎn)品，同時(shí)傳感器LM35的小范圍非線性可以利用軟件算法進(jìn)行修正。