基于单片机的自动温度测量报警系统设计

　　目前，无论是在工业生产中还是在科研实验中通过对温度测量来进行自动控制的设备越来越普及，应用场合也越来越多。随之而来的问题是，如何能够测得精确的温度以保证自动控制设备能够正确地发出控制指令来控制生产过程。另一方面，如果温度过高可能会对一些设备中的一些半导体元器件造成损坏。因此，对于自动高温报警的需求也在逐渐增加。本文基于以上方面的考虑，研究并设计了一种基于单片机的自动温度测量与报警系统。

　　1 系统硬件设计

　　尽管目前市场上单片机的品种多样，功能也越来越多，但是受成本约束，性能优良的8位单片机仍然是工业检测与控制应用领域的首选。

　　本系统就是以ATMEL公司的AT89C51单片机为中心，通过模数转换器AD7812对温度传感器的输出电压进行模数转换，再将转换结果送入单片机进行相应的处理，通过编程分析处理的结果，最后决定是否报警。下面分别介绍各个硬件功能模块的设计。

　　1.1 温度传感器设计

　　温度传感器是感知外部环境中温度变化的重要元件，它是外界与本系统的接口。它将外界温度的变化转化成电压的变化，这样通过对电压的处理与分析就可以间接地测量出外界温度。本系统采用的温度传感器为LM35，该温度传感器由美国国家半导体公司生产，在常温下，不需要额外的校正处理就可以到达0.25℃的准确率。其输出电压与摄氏温度成线性关系，并且这种关系可以表示为：

　　式中，Vo为传感器的输出电压，单位V，T是外界环境中的温度，单位℃。由于LM35能够测量的最高温度是150℃，由式(1)可得其最大输出电压为1.5 V。为了能够与AD7812的输入进行匹配，故需要对传感器的输出电压进行放大，放大的倍数约为3.33倍。可采用集成运放连接成同向放大器来实现电压放大的功能。经过放大后的电压约为5 V，恰好能够与模数转换部分的输入相匹配。该部分电路设计如图1所示。

　　1.2 A/D转换设计

　　经过温度传感器转换后的输出电压值不能直接送入单片机中进行处理，还必须在它们之间增加A/D转换装置。本文中选择AD7812作为A/D转换器。AD7812是由Analog Devices公司生产的一种串行接口的10位8通道A/D转换器。与一般的并行接口A/D转换器相比，它的优点在于能够节省处理器的引脚资源。节省下来的引脚资源可以进一步的对系统进行扩展，以使其功能更加强大。在AD7812内部有8路模拟开关可以采集8路模拟信号，这里只需要将经放大的传感器输出信号输入到其中任意一路即可，为了简便起见，就取其中的第1路模拟开关作为输入信号的通道。由于AD7812内部具有转换时钟源，因而不需要外部提供时钟源。单片机只需要通过它的串行时钟输入、数据输出、数据输入、转换输入4根引脚就可以对其进行控制。该部分电路设计如图2所示。