基于PN结的温度计温度传感器实训论文.docx

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基于PN结的温度计温度传感器实训论文

编号:

传感器实训（论文）说明书

题目:

基于PN结的温度计

院（系）:

应用科技学院

专业:

电子信息工程

摘要

温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件｡在种类繁多的传感器中,温度传感器是应用最广泛､发展最快的感器之传一｡温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的｡不少材料､元件的特性都随温度的变化而变化,所以能作温度传感器的材料相当多｡温度传感器随温度而引起物理参数变化的有:

膨胀､电阻､电容､而电动势､磁性能､频率､光学特性及热噪声等等｡随着生产的发展,新型温度传感器还会不断涌现｡

关键词:

温度传感器;ADC0809;单片机;LM358

Abstract

Temperaturesensorisanimportanttemperaturemeasurementandcontroldevices.Inawidevarietyofsensors,temperaturesensorsarethemostwidelyused,oneofthefastestgrowingofthesensor.Temperaturesensorbyanobjectchangeswithtemperaturechangesomefeaturestoindirectmeasurement.Manymaterials,devicecharacteristicschangewiththetemperaturechange,sothematerialcanbequitealotoftemperaturesensors.Temperaturesensorwithtemperaturechangescausedbyphysicalparametersare:

expansion,resistance,capacitance,andelectromotiveforce,magnetic,frequency,opticalpropertiesandthermalnoiseandsoon.Withthedevelopmentofproduction,thenewsensorwillcontinuetoemerge.

Keywords:

Temperaturesensor;ADC0809;Soc;LM358

引言1

1.温度传感器的基本概念2

1.1温度传感器的定义2

1.2温度传感器的物理原理2

1.2.1基本物理原理2

1.2.2温度传感器应满足的条件3

1.3温度传感器的种类及特点3

1.3.1接触式温度传感器3

1.3.2非接触式温度传感器3

1.4温度传感器的主要发展方向4

2.整体设计思路4

2.1方案设计与论证4

2.2基本设计要求4

2.3系统基本方案4

2.4操作设计5

3.主要芯片介绍5

3.1AT89S52介绍5

3.1.1主要性能5

3.1.2功能特性描述5

3.2A/D0809芯片介绍8

3.2.1主要性能8

3.2.2功能特性描述8

3.3LM358芯片介绍9

3.3.1主要性能9

3.3.2功能特性描述10

4.硬件电路设计11

4.1ADC0809与MCS-51的接口方法11

4.2硬件原理图12

4.3印制电路板PCB图13

5.软件设计部分14

5.1程序流程图14

5.2源程序14

6.总结24

谢辞25

参考文献26

附录27

引言

在当今信息化时代发展过程中,各种信息的感知､采集､转换､传输和处理的功能器件--传感器或智能传感器,已经成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具｡获取各种信息的传感器无疑掌握着这些领域和系统的命脉｡

传感器是信息采集系统的首要部件,是现实现代化测量和自动控制（包括遥感､遥测､遥控）的主要环节,是现代信息产业的源头,又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础｡现在传感器与信息技术､计算机技术并列成为支撑整个现代信息产业的三大支柱,可以设想如果没有高度保真和性能可靠的传感器,没有先进的传感器技术,那么信息的准确获取就成为一句空话,信息技术和计算机技术就成为无源之水｡目前从宇宙探索､海洋开发､环境保护､灾情预报到包括生命科学在内的每一项现代科学技术的研究以及人民群众的日常生活等等,无一不与传感器技术紧密联系着｡

传感器（SENSOR）是由敏感元件和转换元件组成的可将电量或非电量转换为可测量的电量的检测装置｡如果把计算机比作人的大脑,通讯是神经网络,那么传感器就是人的感觉器官,它所采集的信息对于计算机大脑的思维及处理结果具有决定性的意义｡传感器是信息采集系统的首要部件,是实现现代化测量和自动控制的主要环节,是现代信息产业的源头,又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础｡在信息技术不断发展,人类文明不断进步的时代,越来越多的电子产品开始占们的日常工作和生活.可见,应用､研究和开发传感器和传感器技术是信息时代的必要要求｡因此,毫无夸张地说:

没有传感器及其技术将没有现代化科学技术的迅速发展｡

本次设计的目的就是让我们在理论学习的基础上,通过完成一个传感器件的设计,使我们学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,而且能够对电子电路､电子元器件､印制电路板等方面的知识进一步加深认识,同时在排版调试､焊接技术､相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高｡

1.温度传感器的基本概念

1.1温度传感器的定义

温度是一个基本的物理量,自然界中的一切过程无不与温度密切相关｡从17世纪初人们开始利用温度进行测量｡在半导体技术的支持下,本世纪相继开发了半导体热电偶传感器､PN结温度传感器和集成温度传感器｡与之相应,根据波与物质的相互作用规律,相继开发了声学温度传感器､红外传感器和微波传感器｡

温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种,现代的温度传感器外形非常得小,这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中,也为我们的生活提供了无数的便利和功能｡温度传感器有四种主要类型:

热电偶､热敏电阻､电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器｡IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型｡温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度｡一般测量精度较高｡在一定的测温范围内,温度计也可测量物体内部的温度分布｡但对于运动体､小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差,常用的温度计有双金属温度计､玻璃液体温度计､压力式温度计､电阻温度计､热敏电阻和温差电偶等｡它们广泛应用于工业､农业､商业等部门｡在日常生活中人们也常常使用这些温度计｡随着低温技术在国防工程､空间技术､冶金､电子､食品､医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究,测量120K以下温度的低温温度计得到了发展,如低温气体温度计､蒸汽压温度计､声学温度计､顺磁盐温度计､量子温度计､低温热电阻和低温温差电偶等｡低温温度计要求感温元件体积小､准确度高､复现性和稳定性好｡

1.2温度传感器的物理原理

1.2.1基本物理原理

*随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化;

*蒸气压的温度变化;

*电极的温度变化

*热电偶产生的电动势;

*光电效应

*热电效应

*介电常数､导磁率的温度变化;

*物质的变色､融解;

*强性振动温度变化;

*热放射;

*热噪声｡

1.2.2温度传感器应满足的条件

*特性与温度之间的关系要适中,并容易检测和处理,且随温度呈线性变化;

*除温度以外,特性对其它物理量的灵敏度要低;

*特性随时间变化要小;

*重复性好,没有滞后和老化;

*灵敏度高,坚固耐用,体积小,对检测对象的影响要小;

*机械性能好,耐化学腐蚀,耐热性能好;

*能大批量生产,价格便宜;

*无危险性,无公害等

1.3温度传感器的种类及特点

1.3.1接触式温度传感器

1）常用热电阻

范围:

-260~+850℃;精度:

0.001℃｡改进后可连续工作2000h,失效率小于1%,使用期为10年｡

2）管缆热电阻测温范围为-20~+500℃,最高上限为1000℃,精度为0.5级｡

3）陶瓷热电阻测量范围为–200~+500℃,精度为0.3､0.15级｡

4）超低温热电阻两种碳电阻,可分别测量–268.8~253℃-272.9~272.99℃的温度｡

5）热敏电阻器适于在高灵敏度的微小温度测量场合使用｡经济性好､价格便宜｡

接触式温度传感器的特点:

传感器直接与被测物体接触进行温度测量,由于被测物体的热量传递给传感器,降低了被测物体温度,特别是被测物体热容量较小时,测量精度较低｡因此采用这种方式要测得物体的真实温度的前提条件是被测物体的热容量要足够大｡

1.3.2非接触式温度传感器

l）辐射高温计用来测量1000℃以上高温｡分四种:

光学高温计､比色高温计､辐射高温计和光电高温计｡

2）光谱高温计前苏联研制的YCI—I型自动测温通用光谱高温计,其测量范围为400~6000℃,它是采用电子化自动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量｡

3）超声波温度传感器特点是响应快（约为10ms左右）,方向性强｡目前国外有可测到5000℉的产品｡

4）激光温度传感器适用于远程和特殊环境下的温度测量｡如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测很高的温度,精度为1%｡美国麻省理工学院正在研制一种激光温度计,最高温度可达8000℃,专门用于核聚变研究｡瑞士BrowaBorer研究中心用激光温度传感器可测几千开（K）的高温｡

接触式温度传感器的特点:

非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出红外线,从而测量物体的温度,可进行遥测｡其制造成本较高,测量精度却较低｡优点是:

不从被测物体上吸收热量;不会干扰被测对象的温度场;连续测量不会产生消耗;反应快等｡

1.4温度传感器的主要发展方向

（1）超高温与超低温传感器,如+3000℃以上和–250℃以下的温度传感器｡

（2）提高温度传感器的精度和可靠性｡

（3）研制家用电器､汽车及农畜业所需要的价廉的温度传感器｡

（4）发展新型产品,扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻;发展薄膜热电偶;研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热电阻;研制系列晶体管测温元件､快速高灵敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器｡

（5）发展适应特殊测温要求的温度传感器｡

（6）发展数字化､集成化和自动化的温度传感器｡

2.整体设计思路

2.1方案设计与论证

热电偶传感器有自己的优点和缺陷,它灵敏度比较低,容易受到环境干扰信号的影响,也容易受到前置放大器温度漂移的影响,因此不适合测量微小的温度变化｡热电偶虽然有测温范围宽的优点,但其热电势较低;热敏电阻的工作温度范围窄,但灵敏度高,有利检测微小温度变化,由于它们输出都是非线性的,给使用带来一定的困难｡

而PN结温度传感器和它们相比,最大的优点是输出特性呈线性,且测量精度高｡PN结测温传感器是利用半导体材料和器件的某些性能参数对温度依赖性,实现对温度的检测､控制和补偿等功能｡基于这些方面的考虑,我们最终选择了PN结作为测温的元件｡

2.2基本设计要求

本次设计是基于PN结的温度传感器设计,测量范围:

0~100°C,数码管显示温度变化,测量误差精确到1~0.5°C,能设置温度上下限和实现报警功能｡

2.3系统基本方案

测温工作原理:

传感器通过外界温度的变化,使得加在其两端的电压发生变化,当温度上升时,其两端的电压会下降,并且通过温度与电压的比例关系,将电压值送到