隨著電子和傳感技術(shù)的快速發(fā)展，溫度的測量和控制在民用、工業(yè)以及航空航天技術(shù)等領(lǐng)域，等到了廣泛應(yīng)用． 小型的、低功耗的、廉價(jià)的、可靠性高的溫度傳感器引起了人們的廣泛關(guān)注。在實(shí)際生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域中，溫度是環(huán)境因素不可或缺的一部分，對溫度進(jìn)行及時(shí)精確的控制和檢測顯得尤為重要． 本文基于 AT89S51 單片機(jī)，采用 LM35溫度傳感器，設(shè)計(jì)了一種靈敏度較高，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠的溫度采集顯示系統(tǒng)。

　　1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

　　溫度采集顯示系統(tǒng)電路由溫度采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、數(shù)碼管顯示模塊和下載模塊組成。電路工作原理是：首先由LM35 溫度傳感器采集外界環(huán)境的溫度，經(jīng)LM358 放大10 倍后以電壓形式輸入到 A/D 采樣電路，由A/D 轉(zhuǎn)換器TLC549 將溫度的數(shù)字量值傳送給單片機(jī)系統(tǒng)，再有單片機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度。本文設(shè)計(jì)的基于 LM35 的單片機(jī)溫度采集顯示系統(tǒng)的溫度測量范圍為 25℃ ～ 80℃溫度采集顯示系統(tǒng)電路是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)原理框圖如圖1示：

　　2、系統(tǒng)核心硬件電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)核心硬件電路設(shè)計(jì)主要包含溫度采集模塊的設(shè)計(jì)、A/D 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)、單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)、數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計(jì)和下載模塊的設(shè)計(jì)。

　　2.1、采集模塊的設(shè)計(jì)

　　傳感器是信號輸入的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是整個(gè)測試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，因此對傳感器的正確選用顯得尤為重要． 在本系統(tǒng)中，溫度采集模塊的核心硬件采用 LM35 溫度傳感器，該器件有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，其輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，溫度每上升 1℃，電 壓 上 升10ms． LM35 無需外部校準(zhǔn)，可以提供 ± 1 /4℃ 的常用室溫精度． 從經(jīng)濟(jì)適用等多方面考慮，系統(tǒng)采用LM35 溫度傳感器和 LM358 放大電路進(jìn)行溫度采集模塊的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原理圖如圖2 所示。圖2 中，經(jīng)過 LM35 傳感器采集后的微弱電壓通過 LM358 放大電路放大 10 倍后送入單片機(jī)。

　　2.2、/D 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)

　　A/D 轉(zhuǎn)換模塊的核心硬件采用 TLC549，它是CMOS 串行的 8 位A/D 轉(zhuǎn)換器，該集成電路內(nèi)置一個(gè)8位開關(guān)電容逐次逼近型ADC，A/D 芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間為 17us，支持電壓為 3V ～ 6V。TLC549 的使用只有輸入/輸出時(shí)鐘，輸入隨著芯片選擇（ CS）的控制輸入數(shù)據(jù)。TLC549 的輸入/輸出時(shí)鐘的輸入頻率高達(dá) 1.1MHz。A/D 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)原理圖，如圖3所示：

　　2、3 單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)

　　8031 芯片由于內(nèi)部沒有程序存儲器，需要進(jìn)行外部擴(kuò)展，不僅占用空間大，而且電路復(fù)雜度增大。51 系列微處理器基于簡化的嵌入式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在個(gè)人 PC 機(jī)、自動控制、甚至軍事領(lǐng)域都應(yīng)有廣泛，作為控制核心優(yōu)點(diǎn)凸現(xiàn)．單片機(jī)控制模塊的核心硬件采用 AT89S51，該單片機(jī)是一種低功耗、高性能 CMOS 的 8 位微控制器，具有 8K 系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器，可讀可寫。具有在線編程的功能，能夠在線調(diào)試軟件使其與硬件匹配． 系統(tǒng)通過單片機(jī)驅(qū)動數(shù)碼管，使其顯示所測溫度． 單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)原理圖，如圖 4 所示。

　　2.4、數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計(jì)

　　顯示系統(tǒng)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于顯示各種參數(shù)的值，便于工作人員及時(shí)掌握生產(chǎn)過程． 數(shù)碼管顯示模塊采用普通8為數(shù)碼管，利用單片機(jī)驅(qū)動數(shù)碼管顯示所測量的溫度．?dāng)?shù)碼管顯示模塊的設(shè)計(jì)原理圖，如圖5所示：

　　2.5、下載模塊的設(shè)計(jì)

　　下載模塊可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間的單機(jī)通信、多機(jī)通信，以及與計(jì)算機(jī)之間的通信，本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)從計(jì)算機(jī)上下載程序到單片機(jī)上，從而驅(qū)動整個(gè)電路板的工作。下載模塊的核心硬件采用串口 MAX232 和RS232，MAX232 是 TTL 和 RS232 電平相互轉(zhuǎn)換的芯片。單片機(jī)通過內(nèi)部的通用異步接收/發(fā)送器

　?。?UART） 與 MAX232 進(jìn)行通信． 下載模塊的設(shè)計(jì)原理圖，如圖6所示。

　　3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C 語言編程，模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。該程序主要包括主函數(shù)、延時(shí)子函數(shù)、A/D 轉(zhuǎn)換子函數(shù)和溫度顯示子函數(shù)． 其中，延時(shí)子函數(shù)和 A/D 轉(zhuǎn)換子函數(shù)如圖 7 － a 所示，溫度顯示子函數(shù)和系統(tǒng)主函數(shù)如圖 7 － b 所示。

　　4、系統(tǒng)性能測試

　　性能測試表明，在室內(nèi)恒速移動、室溫變化不明顯。同樣，在室外進(jìn)行溫度采集，變化也不是很明顯。當(dāng)用手指捂住芯片或采用或暖風(fēng)機(jī)加熱使得室。溫快速發(fā)生變化，溫度急劇上升． 測試結(jié)果表明本系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高

　　5、結(jié)論

　　溫度采集和控制系統(tǒng)在現(xiàn)代生活中應(yīng)用的十分廣泛。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫度的采集和顯示功能，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)表明該系統(tǒng)具有響應(yīng)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，同時(shí)具有體積小和成本低廉的優(yōu)勢，具有很高的工程價(jià)值，在日常生活和學(xué)術(shù)研究等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景．本系統(tǒng)采集的溫度范圍為 25℃ ～ 80℃ 之間，溫度數(shù)值的精度為整數(shù)，下一步將研究如何采用頻率檢測控制技術(shù)來進(jìn)一步提高溫度測量精度和范圍。同時(shí)，通過擴(kuò)展后還可以用于溫度測量、溫度預(yù)警、控制為一體的多功能產(chǎn)品。