温度传感器在医用恒温恒湿箱中的应用_毕业论文(编辑修改稿)

温度传感器在医用恒温恒湿箱中的应用_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

补偿选用方案二，将再软件中体现。 3. NTC 热敏电阻器的标准零功率电阻 R25 一般用于各种电子产品中作微波功率测量、温度检测、温度补偿、温度控制及稳压用，选用时应根据应用电路的需要选择合适的。 一般原则：工作温度区域为高温区域， R25 尽可能选高阻值；工作温度区域为低温区域， R25 尽可能选低阻值。 温度传感器在医用恒温恒湿箱的应用 12 NTC 测温电路 图 34 NTC传感器桥式测温电路图 VCC 经过稳压二极管后电压稳定值为 5V。 由电桥平衡条件可知，当 R2/R3=R4/R5 时电桥平衡，此时 V1 和 V2 点的压差为零。 由于 R2=R3，因此在温度为零时，可以调节 R5 时 R5=R4，使电桥平衡，其输出为零。 当温度上升时， R4 阻值减小，当温度变化 100℃ 时，热敏电阻的变化范围大概为 1K。 因此可以粗略的估算电桥输出电压的变化值为 5*（ ） =. 该电路设计复杂，因为采用差动电桥，所以电路抗干扰能力增强，能有效抑制电源波动对电路的影响。 一般来说传感器测量电路设计都采用桥式电路，桥式电路抗信号干扰能力强，稳定性能高。 13 运放电路 图 35 LM324 运放 引脚图 LM324 系列器件为价 格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。 与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。 该四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的电源下，静态电流为 MC1741 的静态电流的五分之一。 共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。 每一组运算 放大器 可用图 1 所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中 “+”、 “”为两个信号输入端， “V+”、 “V”为正、负电源端， “Vo”为输出端。 两个信号输入端中， Vi （ ）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的位相反； Vi+（ +）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。 LM324 的引脚排列见图 35。 运放电路设计， 由于从电桥出来的信号很微弱，因此需要通过运算放大器放大后才能经过 AD 转换。 方案一：采用单运放组成的运算放大器进行微弱信号的放大。 其原理图如下： 图 36单运放组成的运算放大器 温度传感器在医用恒温恒湿箱的应用 14 为了使运放对称，因此要求 R10=R7， R11= A=R12/R10. 该电路简单，放大倍数可以通过调节 R12 来调节，但该调节会使运放不对称，因此需要同时调节 R12 和 R11 来实现。 方案二： LM324 采用仪用放大器来实现放大，仪用放大器的原理图如下。 图 37仪用 差动运算 放大器 仪用放大器的放大倍数可以由以下公式计算得知： A=R11/R7(1+2*R8/R6) 由于 R6 可调，因此可以利用调节放大倍数。 由于信号采集电路采集到的最大电压差为 AD 的基准电压为 ，所以要求信号调理电路的最大输出为。 而信号采集电路的最大输出为 ,所以 要求信号调理电路的放大倍数约为 30 倍。 该电路由于可以调节 R6 来调节放大倍数，由于调节 R6 不会影响电路的对称性因此调节起来方便。 对比上述两种电路，第一种结构简单但调节起来不方便，而第二种调节起来方便，且易于小信号的采集，因此选用第二种方案。 将 NTC 输出的微弱信号，进行 A/D 转换输出到单片机芯片处理。 15 AD 转换模块的设计 图 38 ADC0832数模转换电路 本设计采用的 AD 转换芯片是 ADC0832: 该芯片为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电 源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 0~5V之间。 芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。 独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。 通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS、 CLK、DO、 DI。 但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。 本课题 AD 芯片的 CS 端与 口连接； CLK 端与 口连接； D0 与 D1 并联并与 口相连。 当 ADC0832 未工作时其 CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用， CLK 和DO/DI 的电平可任意。 当要进行 A/D 转换时，须先将 CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。 此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲， DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号。 在第 1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号。 在第 3 个脉冲下沉之前 DI 端应输入 2 位 数据用于选择通道功能：当此 2 位数据为 “1”、 “0”时，只对 CH0 进行单通道转换。 当 2 位数据为 “1”、 “1”时，只对CH1 进行单通道转换。 当 2 位数据为 “0”、 “0”时，将 CH0 作为正输入端 IN+，CH1 作为负输入端 IN进行输入。 当 2 位数据为 “0”、 “1”时，将 CH0 作为负输入端 IN， CH1 作为正输入端 IN+进行输入。 到第 3 个脉冲的下沉之后 DI 端的输入电平就失去输入作用，此后 DO/DI 端则开始利用数据输出 DO 进行转换数据的读取。 从第 4 个脉冲下沉开始由 DO 端输出转换数据最高位 DATA7，随后每一个脉冲下沉 DO 端输出下一位数据。 直到第 11 个脉冲时发出最低位数据温度传感器在医用恒温恒湿箱的应用 16 DATA0，一个字节的数据输出完成。 也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第 11 个字节的下沉输出 DATA0。 随后输出 8 位数据，到第 19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次 A/D 转换的结束。 最后将 CS 置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。 作为单通道模拟信号输入时 ADC0832 的输入电压是 0~5V 且 8 位分辨率时的电压精度为。 如果作为由 IN+与 IN输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。 但值得注意的是，在进行 IN+与 IN的输入时，如果 IN的电压大于 IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。 PR 1 10 KVc cVc cVc cCSCH OPR 1 10 KCH 1GN DCL KDODIMCS15P1 . 0P1 . 1P1 . 2GN D图 39 ADC0832 数模电路与 C52 单片机连接图 17 单片机电路设计 STC89C52 的外部工作电路如图 310 所示 VCC 是 STC89C52 的电源引脚， GND 为 STC89C52 的接地引脚，工作电压范围是 ～ ，在该电路中提供的是 5V电压。 利用芯片内部振荡电路，在XTAL1 和 XTAL2 的引脚上外接定时元件，内部振荡器便能产生自激振荡，用示波器便可以观察到 XATL2 输出的正弦波，定时元件可以采用石英晶体和 电容组成的并联振荡电路，晶体可以在 ~12MHz 之间选择，电容可以在 20~60pF 之间选择，通常选为 30pF 左右，电容 C8~C9 的大小对振荡频率有微小影响，可起频率微调作用。 在芯片的 9 脚，即 RST/Vpd 接按键及电阻构成复位信号。 图 310为 STC89C52外部工作电路原理图 该电路为 STC89C52 控制器电路，其中， 、 、 口分别与 LCD1602的 RS、 R/W、 E 引脚连接； ~ 口与 LCD1602 的 DB0~DB7 引脚连接； 是模拟量输入端，用于输入热敏电阻传感器的电压。 STC89C52 是整个课题的核心部件， P0 口是 开漏双向可以写为 1 使其 状态为悬浮用作高阻输入。 P0 口也可以在 外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总线，此时通过内部强上拉输出 1。 在本课题中 P0 口外接 10K 排阻使输出为 1 来接 LCD1602 的 RS、 RW、 E 端。 P1 口 可作为准双向I/O 接口使用。 对于 MCS—52 子系列单片机， 和 还有第 2 功能： 口用作定时器 /计数器 2 的计数脉冲输入端 T2； 用作定 时器 /计数器 2 的外部控制端 T2EX。 对于 EPROM 编程和进行程序校验时， P1 口接收输入的低 8 位地址。 在本课题中 来接收 AD 转换模块送过来的数字量； 与 AD 芯片的复位端相连； 与 AD 芯片的 CLK 端相连。 P2 口 2 口是带内部上拉的双向 I/O,口向 P2 口写入 1 时 ,P2 口被内部上拉为高电平 ,可用作输入口当作为输入脚时，温度传感器在医用恒温恒湿箱的应用 18 被外部拉低的 P2 口会因为内部上拉而输出电流 (见 DC 电气特性 )。 在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和 16 位地址 (MOVX @DPTR)，此时通过内部强上拉传送 1。 当使用 8 位寻址方式 (MOV@Ri)访问外部数据存储器时 ,P2 口发送 P2 特殊功能寄存器的内容。 本课题的 P2 口作为输出口使用，把信号输送给 LCD1602。 P3 口是带内部上拉的双向 I/O 口，向 P3 口写入 1 时， P3口被内部上拉为高电平，可用作输入口，当作为输入脚时，被外部拉低的 P3 口会因为内部上拉而输出电流 (见 DC 电气特性 )。 它为双功能口，可以作为一般的准双向 I/O 接口，也可以将每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一条引脚均可独立定义为第 1 功能的输入输出或第 2 功能。 本课题没有用到 P3 口。 综上所述， STC89C52 系列单片机纳为以下两点： 单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第 2 功能； 单片机对外呈 3 总线形式，由 P0、 P2 口组成 16 位地址总线；由 P0 口分时复用作为数据总线。 STC89C52 的复位方式可以是图 1 的上电复位，也可以是图 2 的手动复位。 此外， RESET/V 还是一复用脚， V 掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。 RST单片机C1R1GNDVCC RST单片机C2R2GNDVCCR3S?SWPB 图 311 单片机 上电复位 图 312 单片机 手动复位 上电复位：上电自 动复位电路是一种简单的复位电路，只要在 RST 复位引脚接一个电容到 VCC，接一个电阻到地就可以了。 上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到 RST 复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着 VCC 对电容的充电过程而回落，所以 RST 引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。 为了保证系统安全可靠的复位， RST 引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 只要 VCC 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位。 手动复位：开关复位，只要按下开关按钮，倒相器即输 出高电平，复位有效。 手动复位和快捷，方便，所以此次设计采用手动复位方式。 19 温度控制电路的原理与电路的设计 图 313 水泥电阻 陶瓷绝缘功率型线绕电阻，常被人称作水泥电阻。 它广泛应用于计算机，电视机，仪器，仪表，音响之中。 水泥电阻器采用电阻丝绕制，一般功率大，外形尺寸也较大。 因此，从它的外形结合功率及型号可以很容易判别出来。 功率上它分为 2W， 3W， 5W， 7W， 8W， 10W， 15W， 30W， 20W， 40W 等规格。 常见型号为 RX271 型， RX273 型（ 3A， 3B， 3C）， RX274（ 4V， 4H）型，其外形如图 312。 水泥电阻采用工业高频电子陶瓷外壳，散热好，具有优良的绝缘性能，其绝缘电阻可达 100MR，同时具有优良的阻燃，防爆性。 电阻丝选用康铜，锰铜，镍铬等合金材料，有较好稳定性和过负载能力。 电阻丝同焊脚引线之间，采用压接方式。 在负载短路的情况下，可迅速在压接处熔断，对电路有保护功能。 水泥电阻具有多种外形和安装方式，可以直接安装在印制线路板上，也可以利用金属支架独立安装焊接。 在选用水泥电阻时，如在常温下工作，功率大小可用下式来决定： U*I=P；如在特殊环境下工作，电阻功率小应根据图所示曲线来和 选择。 倘若电阻功率较大或散热条件较差，宜选用引脚长的水泥电阻；也可利用金属支架把水泥电阻固定在合适的位置上，另用导线把水泥电阻连接到电路中。 水泥电阻器的功率，阻值范围与外形尺寸对应关系，表达该系统要求具有温度控制功能，因此可以制作一个控温元件来给热敏电阻加热来实现温度控制。 水泥电阻升温电路设计 方案一：以 LTC1923PWM 双极性电流。