LM35溫度傳感器

　　LM35 是由National Semiconductor 所生產(chǎn)的溫度傳感器，其輸出電壓為攝氏溫標(biāo)。LM35是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內(nèi)部補(bǔ)償，所以輸出可以從0℃開始。LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35 不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到 ±1/4℃的準(zhǔn)確率。

　　分類介紹

　　其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，其引腳如圖一所示，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測；兩種接法的靜止電流-溫度關(guān)系，在靜止溫度中自熱效應(yīng)低（0.08℃），單電源模式在25℃下靜止電流約50μA，工作電壓較寬，可在4—20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。

　　工作電壓4～30V，在上述電壓范圍以內(nèi)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約50μA），所以芯片自身幾乎沒有散熱的問題。這么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在電池供電的場合中，輸出可以由第三個引腳取出，根本無需校準(zhǔn)。

　　目前，已有兩種型號的LM35可以提供使用。LM35DZ輸出為0℃～100℃，而LM35CZ輸出可覆蓋－40℃～110℃，且精度更高，兩種芯片的精度都比LM35高，不過價格也稍高。

　　規(guī)格參數(shù)

　　1、工作電壓：直流4～30V；

　　2、工作電流：小于133μA

　　3、輸出電壓：+6V～-1.0V

　　4、輸出阻抗：1mA負(fù)載時0.1Ω；

　　5、精度：0.5℃精度（在+25℃時）；

　　6、漏泄電流：小于60μA；

　　7、比例因數(shù)：線性+10.0mV/℃；

　　8、非線性值：±1/4℃；

　　9、校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)；

　　10、額定使用溫度范圍：-55～+150℃。

　　11、引腳說明：①電源負(fù)GND；②電源正VCC；③信號輸出S；

　　傳感器參數(shù)

　　供電電壓35V到-0.2V

　　輸出電壓6V至-1.0V

　　輸出電流10mA

　　指定工作溫度范圍

　　LM35A -55℃ to +150℃

　　LM35C， LM35CA -40℃ to +110℃

　　LM35D 0℃ to +100℃

　　基于LM35溫度傳感器的高精度恒溫控制系統(tǒng)

　　溫度控制廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中，如大型飼養(yǎng)場、人工氣候、無土栽培等許多場合。在這些場合里，人們都用大量的溫度計來采集溫度。我們知道計量工具大多需要定期校正（常規(guī)下一年或者半年校正一次）。但是這些應(yīng)用里的溫度測量儀器一旦安裝后，往往難以送到計量部門去校正。因此，對溫度控制工藝曲線的在線快速檢測與校正就顯得十分重要。為此，作者采用PID控制技術(shù)開發(fā)了一套起計量傳遞作用的校正控制系統(tǒng)，以及一套全自動的PID參數(shù)測定與調(diào)整的溫度分析系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)原理框圖見圖1，與常規(guī)A/D轉(zhuǎn)換相比，此系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1、M35配合專用的V/F轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換線性度好，精度較高，且便于利用單片機(jī)進(jìn)一步提高測量精度；

　　2、由于V/F變換本身是積分模式，所以抗干擾能力強(qiáng)；

　　3、于V/F變換輸出是脈沖，易實(shí)現(xiàn)光電隔離；

　　4、號傳輸只占據(jù)一位數(shù)據(jù)口，接口方便，成本低；

　　5、于遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制。

　　其次，在設(shè)計系統(tǒng)時，易于安排具有強(qiáng)電隔離、升降溫控制、顯示、報警、報數(shù)等功能電路。因而，本系統(tǒng)可靠實(shí)用、唯一不足的是采集速度較慢，但對一般速度的溫度控制而言，適當(dāng)?shù)脑O(shè)計仍能獲得高精度的控制品質(zhì)。

　?。?）測溫和V/F變換電路見圖2：傳感器LM35的靈敏度為 10mV/℃，適合與V-F 專用芯片LM331配合使用。信號直接從 LM35 輸出端取樣濾波后送到 LM331 進(jìn)行 V-F變換，并使 200mV~1500mV 對應(yīng) 200Hz~1500Hz。為了使信號的抗干擾能力增強(qiáng)，在信號變換時進(jìn)行了光電隔離。為了提高測量精度，適應(yīng)測量周期的要求，利用555芯片對頻率信號作了分頻處理。

　?。?）語音電路與接口：本系統(tǒng)采用ISD1400芯片作為溫度語音電路，它有20秒的錄放時間。語音地址直接由89C52的P1口經(jīng)74LS373提供。預(yù)先錄制好的溫度語音，由 89C52 判斷被測溫度，通過 74LS373 對其進(jìn)行任意組合放出，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時溫度報數(shù)、預(yù)置溫度報警。

　?。?）過零脈沖的提?。簽榱嗽诹泓c(diǎn)進(jìn)行通斷控制，需要提取市電的過零脈沖采用運(yùn)算放大器構(gòu)成過零比較器，然后通過 NE555 芯片產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)，調(diào)節(jié)到適合控制可控硅導(dǎo)通的脈沖，就可以精確地提取過零點(diǎn)。

　?。?）市電導(dǎo)通周波數(shù)控制及功率驅(qū)動控制脈沖由三態(tài)門緩沖器輸出，經(jīng)光電隔離后送入驅(qū)動三極管的基極，經(jīng)電流放大后驅(qū)動雙向可控硅，達(dá)到功率控制的目的。

　　（5）直流電機(jī)驅(qū)動電路由于直流電機(jī)工作電壓為12V左右，而工作電流也比較大，因而必須采取功率放大電路，為此我們選用功率場效應(yīng)管的單電壓功放電路。

　?。?）溫度變送器電路：本單元電路以 AD694為核心，實(shí)現(xiàn) 0～2V 變換為 4～20mA，便于遠(yuǎn)程控制。信號傳輸?shù)侥康牡睾螅儆?4～20mA 變換為 0～5V。由于從前置級輸出的信號為 0～2V，所以，以 2V 作為參考電壓。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用了類似 PID的有較高精度的加熱控制算法，并利用一臺微型風(fēng)扇控制超調(diào)量。程序流程圖見圖3。

　　由于傳感器LM35的靈敏度為10mV/℃，為保證0.1℃的控制精度，因此采用V/F變換電路使每10mV的電壓變化對應(yīng) 10Hz的頻率變化。從而有每0.1℃的溫度變化對應(yīng)1Hz的頻率變化，達(dá)到了分辨率為0.1℃。通過測量送入脈沖個數(shù)來測定頻率，其穩(wěn)定性非常好。采用類似的離散型的 PID 算法來無窮逼近預(yù)置值，達(dá)到了高精度的控制。其原理是利用電阻絲加熱一供測量用的簡易的金屬熱平衡塊。因此，受控對象可以看成是一個具有一定自衡能力的慣性系統(tǒng)，可用一階慣性環(huán)節(jié)和一個延遲環(huán)節(jié)來近似。其近似傳遞函數(shù)為：

　　G（S）=K/［（1+TS）×（1+τS）］

　　在本系統(tǒng)中，由于T》》τ，故只需進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)即可。最終將溫度控制轉(zhuǎn)化為加溫脈沖個數(shù)N的控制，達(dá)到實(shí)現(xiàn)溫控的目標(biāo)一般的比例微分積分控制算法參數(shù)的整定是采用湊數(shù)法或通過溫度記錄儀（也可能微機(jī)）實(shí)現(xiàn)溫度記錄。而本系統(tǒng)可由自動測定PID參數(shù)軟件，通過跟蹤描繪控制曲線，驗(yàn)證和檢查控制質(zhì)量。為了適應(yīng)控制系統(tǒng)的一般性，本系統(tǒng)采用擴(kuò)充響應(yīng)曲線法來選擇PID參數(shù)。獲得控制目標(biāo)為 65℃時的溫度控制曲線，見圖4。