采用半导体传感器的多点温度仪的研制

　　1引言

　　多点温度仪主要用来测试汽车空调的制冷及升温效果。以往测试时，由人工来观测并记录车内的温度，由于需观测的温度点较多，试验时间较长，且环境条件相对恶劣，人工观测的工作量相当大。多点温度仪可以方便地完成检测并获得实时的温度数据。该多点温度仪能同时检测12路的温度输入，12个检测点分别为汽车车顶、空调的3个出风口、驾驶室，其余7个检测点均匀分布在汽车内座位上方。检测过程中，由LCD实时显示时间、传感器序号及温度值，打印机定时打印出各检测点温度、传感器序号及当时的时间，定时时间分为四档，分别为2min ， 5min ， l Omin ，20min，由开关来设定，并在检测过程中可任意改变打印的时间间隔。测温时，12个通道互不影响，根据实际情况选用其中任意路。主要性能指标如下:

　　(1)实际测温范围为5 ~45 °C

　　(2)分辨率为0. 2 °C

　　(3)最大误差为士0. 5 °C

　　2温度仪硬件组成

　　温度仪以ATSSC51单片机作为控制核心，由电压型温度传感器、采样及保持电路、A /D转换电路、LCD液晶显示器、微型打印机等组成。系统硬件组成框图如图1所示。AT89C51的引脚和指令系统与MCS-51兼容，并且片内带有4KB的Flash，能方便地按要求构成最小系统。温度值经采样后，经A/D转换，并由CPU处理后，送至显示电路实时显示，同时保存至缓冲区供打印机等待打印。

　　2. 1温度值采样及保持电路

　　由于该温度仪要检测12个温度点，所以在设计时，选用16通道的模拟开关CD4067，每隔2s采样一个测温点，采样电路及保护电路如图2所示。在该电路中，插座J1能保证在没有传感器接入时，引脚4输出电压为OV，传感器接入时，引脚4输出电压为温度传感器测量值。由于采样所得到的电压信号较弱(2 5 °C时，信号电压为0. 5 V )，并且由于在该温度仪使用的A/D转换器是八位的ADC0809 } ADC0809的分辨率仅为20mV，相对于温度传感器TMP37的20mV/°C只能达到1℃的分辨率，难以满足精度要求，因此在电路中接入放大器LM224，提高系统的测温精度，测温的分辨率提高到0. 2 °C，同时通过调节该放大器，能够实现温度测量值的硬件补偿。

　　2. 2半导体温度传感器TMP37

　　TMP37是AD公司的电压型温度传感器，三端分别为电源、输出信号和地。输出电压与温度值成线性关系，输入输出特性曲线如图3所示。测温范围为5 ~100 °C，偏移电压为OV，输出比例为20mV/°C ， 25°C时，其输出电压为500mV，高于25℃时，最大测温误差为士2 °C。传感器的接线如图4所示。为削减噪声干扰，在信号输出引脚上必须接入一个750Ω的电阻，该电阻与导线的电容形成一个低通滤波器，如图4所示，在实际电路中，当未接该电阻时，信号电压会发生严重衰减，由于信号电压本身就很小，很难对采样的数据进行有效的处理，接入该电阻的另一作用是与0. 1μf的旁路电容一起对Vout电压信号形成较好的保护。