溫度檢測電路設計方案（一）

溫度檢測電路通常由溫度探測、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及結(jié)果處理等部分組成。溫度探測電路將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換成對應的電信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送處理器進行必要的處理，從而獲得相應的環(huán)境溫度參數(shù)，如圖1所示。

其中，溫度檢測部分一般采用熱敏電阻，但是熱敏電阻精度比較低，響應速度較慢。目前出現(xiàn)了一些專用的溫度探測芯片，精度大大提高，而且對溫度改變的靈敏度也達到了非常高的標準，如National公司的IM35系列。

溫度探測電路一般是將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號的變化，因此需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能為處理器所接受，從而通過計算獲得真實的溫度信息以便處理器進行進一步的處理。

下面以National公司的IM35系列溫度傳感器和AD公司的AD7812模數(shù)轉(zhuǎn)換器為例，討論基于支持串行總線多通道、高精度溫度檢測方案的設計思想。其電路原理框圖如圖2所示。

電壓正比于當前環(huán)境溫度，在室溫下，它的探測精度可以達到±1／4。C，在一55～+150℃區(qū)間，它的精度可以達到±34~C，它的典型變化趨勢是溫度每變化l℃，電壓變化10mV，其溫度／電壓轉(zhuǎn)化公式為：

V一10mV／℃·C（1）

式中：為轉(zhuǎn)換輸出電壓，C為系統(tǒng)實際溫度。

AD7812是一種串行AD轉(zhuǎn)換芯片，它支持最多8通道輸入（AD78ll為4通道），這樣我們就可以很容易的設計支持多路溫度檢測的電路。

AD7812的工作方式由一片內(nèi)部控制寄存器決定，它可以由Convst腳的脈沖輸入啟動轉(zhuǎn)換，也可以通過軟件控制完成轉(zhuǎn)換，在實際設計中，由于軟件控制更加靈活，所以一般采用軟件控制的方法進行轉(zhuǎn)換，它的控制寄存器定義如下：

軟件編程

軟件控制主要針對AD轉(zhuǎn)換芯片AD78l2進行控制。需要完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、串行數(shù)據(jù)讀取等功能。AD7812有兩種工作狀態(tài)，模式1在轉(zhuǎn)換完成后不關閉電源；模式2在轉(zhuǎn)換完成后關閉電源。一般情況下都選用模式l工作方式，以下就主要針對模式1工作方式展開討論。

圖3是一種典型的控制時序圖，首先置PD0、PD1位為l，開啟片內(nèi)電源，使芯片開始工作；在下一個啟動轉(zhuǎn)換完成后，數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)就有效了，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)就可以串行輸出了。從圖中可以看出，第一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)是無效的，這是因為片內(nèi)電源還未開啟，這是編程者需要注意的地方。

圖4就是實際通訊時序圖。RFS是接收數(shù)據(jù)同步信號，TFS是發(fā)送數(shù)據(jù)同步信號。平時，Dout的輸出處于高阻狀態(tài)，在RFS上升沿后的第一個SCIK上升沿，Dour輸出數(shù)據(jù)有效，在第11個SCIK上升沿后，Dour重新回到高阻狀態(tài)；在TFS下降沿后的第一個SCIK下降沿。Din線上的數(shù)據(jù)串行移入片內(nèi)，在第l3個SCIKF降沿，片內(nèi)控制寄存器內(nèi)容被更新。在這里要注意，SCIK時鐘個數(shù)一定要保證，否則容易產(chǎn)生問題。

溫度檢測電路設計方案（二）

1、控總電路組成

溫控電路主要由電源部分、溫度檢測元件、信號放大、比例積分、電壓比較、移相觸發(fā)控制繼電器、超溫保護、加熱爐和LED顯示幾部分組成，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 溫控系統(tǒng)電路組成圖

由溫度檢測元件可以檢測到溫度值信號，該信號經(jīng)過放大后輸送至比例積分電路并與溫度設定電壓比較，比較結(jié)果輸送至相觸發(fā)電路產(chǎn)生可變周期的脈沖以觸發(fā)固態(tài)繼電器中可控硅導通角，從而可控制加熱裝置的加熱功率，達到控制溫度的目的。溫度補償電路減少室溫對溫度測量準確度的影響；超溫保護電路可以保證在加熱溫度超過設定值時，裝置停止加熱，起到保護設備的作用。

2、各分電路設計

溫控電路中需要直流電壓的器件為運算放大器及電子信息顯示模塊。該電壓由220V交流電壓經(jīng)整流濾波后加。至三端穩(wěn)壓器輸出得到。其電路如圖2所示。

圖2 電源電路圖

2.2、輸入溫度信號放大及溫度補償電路

用感溫元件鎳硌一鎳鉻K型熱電偶作溫度傳感器來采集溫度信號，溫度信號為mV級，實際測量時需經(jīng)過放大處理。熱電偶測量溫度信號受工作端溫度和自由端環(huán)境溫度影響，所以測量中需要加補償信號消除環(huán)境溫度變化對溫度測量的影響。具體電路如圖3所示。

圖3 信號放大及溫度補償電路

2.3、超溫保護電路

以將功率為60w將加熱裝置加熱至750℃為例，圖3中溫度信號經(jīng)過放大100倍后加到比例積分電路并與溫度設定電壓比較，比較結(jié)果輸送相觸發(fā)電路產(chǎn)生可變周期脈沖以觸發(fā)固態(tài)繼電器。為避免加熱溫度過高設置超溫保護電路，在溫度過高時切斷加熱電壓。具體電路如圖4所示。

圖4 比例積分、電壓比較、移相觸發(fā)及超溫保護電路

溫度檢測電路設計方案（三）

在溫度監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感器必須把溫度轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過信號調(diào)節(jié)階段（信號處理取決于不同的傳感器），然后送到一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），進行轉(zhuǎn)換得到數(shù)值。系統(tǒng)還需要通信外設電路來和其它大的設備接口連接以便提供反饋，或者將數(shù)值送至片上閃存來存儲測量值或者進行必要的顯示。圖2顯示了溫度測量系統(tǒng)的基本框圖。

圖2：溫度測量系統(tǒng)框圖

盡管圖2顯示在ADC之前進行了信號處理，是否有需要在信號轉(zhuǎn)換之后進行處理還取決于是模擬系統(tǒng)還是數(shù)字系統(tǒng)。整體精度依賴于噪聲控制、偏移、預處理電路及ADC所帶來的增益誤差。很多應用需要從遠端進行實時溫度數(shù)據(jù)采集，比如礦場、工業(yè)、和各種自動化場合。利用串行通信協(xié)議，如UART、I2C都可以用來給主系統(tǒng)控制器傳輸這種溫度數(shù)據(jù)。

模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的本身有一個低通濾波來去除高頻噪聲。然而，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC輸出端的IIR濾波器將有助于進一步弱化經(jīng)過它或傳輸給模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的噪聲頻帶。市面上的混合信號控制器都可配置數(shù)字濾波器，它可以通過器件本身硬件處理過濾而無需在固件電路上進行過濾從而可以節(jié)省CPU周期。圖3所示實現(xiàn)了一個基于熱電偶的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，它使用了賽普拉斯公司的PSoC5和PSoC3器件來實現(xiàn)。這些器件都有片上20位分辨率的delta-sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器，都內(nèi)置了可編程增益緩存用來放大信號，內(nèi)置了數(shù)字濾波器模塊（DFB）來濾波。它提供了一個高度集成的溫度測量系統(tǒng)。然而，由于設計中有熱電偶，所以可能需要附加一個增益段。這個增益可以通過一個放大器來實現(xiàn)，可以使用片上的可編程增益放大器（PGA）。

圖3：基于熱電偶傳感器的溫度測量系統(tǒng)電路。

在圖3的系統(tǒng)中，模擬MUX、AMuxCDS和AMuxCDS_1是用來把傳感器正端和負端輸出的信號轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的正輸入來實施相關雙抽樣?，F(xiàn)在的問題是使用相同的模數(shù)轉(zhuǎn)換器時如何讓兩個傳感器電路都是一樣的零參考值。答案是這樣的--熱敏電阻、熱電偶有不同的輸出電壓范圍，因此需要不同倍數(shù)的放大。PSoC3和PSoC5器件中的ADC有多個配置，可以改變運行時間。對于不同的增益設置，偏移也不同，所以需要兩種傳感器電路中都使用相關雙抽樣。這會幫助消除整個模擬信號鏈的偏移。AMux用于傳感器在熱電偶、熱敏電阻之間的選擇。直接內(nèi)存訪問（DMA）讀取ADC值并寫入數(shù)字濾波模塊（DFB）來過濾噪聲。

RTD和熱敏電阻溫度傳感器設計電路

使用電阻式溫度檢測器（RTD）和熱敏電阻測量溫度時需要測量電阻，所以測量的方式?jīng)Q定了系統(tǒng)的精度。為了測量到精確的信號，應該使用差分輸入而不是單端輸入。差分輸入可以消除普通噪聲，而且效果不錯，可以達到μV級的敏感度（相對于單端輸入的mV靈敏度好多了）。讓我們來看看兩種連接-ve輸入到ADC的不同模式，詳見圖4。

圖4：兩種不同的-ve連接方式設計電路

圖4右邊的電路設計好于左邊的。在右面的電路中，-ve直接連接到靠近分壓電阻的參考電壓。右面的電路可以幫助降低測量時的噪聲的和由于PCB布局或走線阻抗帶來的誤差等等。

測量的準確度主要取決于Rref的精確度。為了在電壓激勵中克服這個問題，RTD使用恒流源來代替電壓源。當使用恒流源時，穿過RTD的電壓降只取決于其電阻值和恒流源值。然而，使用恒流源勵磁時測量的準確度取決于電流源的精確度。由于是進行精密的溫度測量工作，DAC電流應該被TIA校準。圖6顯示了使用PSoC3和PSoC5器件實現(xiàn)的一個基于RTD的溫度測量系統(tǒng)。這些器件有片上電流源，不需要額外增加模擬放大器電路。同時，這些設備有片上TIA可以用于為IDAC校準。

圖6：基于電阻式溫度檢測器RTD的溫度測量設計電路

溫度檢測電路設計方案（四）

智能小車是一個運用傳感器、單片機、信號處理、電機驅(qū)動及自動控制等技術來實現(xiàn)環(huán)境感和自動行駛為一體的高新技術綜合體，它在軍事、民用和科學研究等方面已獲得了應用。本設計主要分為兩部分：按鍵控制部分和溫度檢測部分?？刂撇糠种饕呻娫措娐?，單片機最小系統(tǒng)，按鍵模塊和電機驅(qū)動模塊組成，遙控部分的系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。

小車部分由電源電路，單片機最小系統(tǒng)，顯示電路，無線電木塊，報警電路，超聲波電路等電路模塊組成，小車部分的系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。

本設計采用直流電機，電機專用驅(qū)動芯片L298N進行電機驅(qū)動控制，主控芯片為STC89C52，控制器部分采用簡單按鍵，溫度數(shù)據(jù)的采集采用DS18B20溫度傳感器模塊，顯示部分采用1602液晶。

電路總體設計如圖：