多功能智能化温度测量仪设计

唐浪杨坤全

关键词：多功能；温度测量仪；80C51；超温报警

引言：在农业、工业等各个领域，温度测量仪都得到了应用。而就目前来看，仅仅实现对温度的准确量测，已经无法满足各种生产需要。引入单片机技术，可以实现对温度测量仪的多功能、智能化设计，在利用装置进行温度测量的同时，进行温度的实时显示和发出超温报警。因此，还应加强对多功能智能化温度测量仪设计研究，以便使温度测量仪在更多的领域中发挥更大的作用。

1多功能智能化温度测量仪总体设计思路

传统温度测量仪利用感温元件热电偶进行温度的检测，然后通过将温度信号转化为电信号进行温度测量结果输出。在设计多功能智能化温度测量仪时，在借鉴传统温度测量仪设计理念的基础上，还要通过引入单片机实现温度信号的处理，然后通过显示芯片进行温度实时显示。此外，为实现高温报警设计，需要设计键盘，输入正常温度范围，实现对所测温度的实时监控。经过单片机的运算，一旦发现所测温度超出设定范围，就会利用蜂鸣器发出报警。如图1所示，为温度测量仪原理图。

图1温度测量仪原理图

2多功能智能化温度测量仪的硬件设计

2.1单片机选用

在测量仪硬件设计中，还要做好单片机器件的选择。单片机作为实现计算机系统集成的芯片，能够为各种应用的开发提供技术支持。目前，常用单片机主要包含51系列和52系列。温度作为连续变化的量，在微机控制系统中为模拟量，计算机需要的则是离散量，所以在信号控制中还要将模拟量变为数字量，以实现微机处理和运算。与此同时，热偶输出电压较小，需要先经过放大，然后经过A/D，得到的数字信号需要利用单片机进行处理和显示。考虑到这些需求，可以选用80C51单片机进行较大数据量的处理，有效降低系统功耗。

2.2温度传感器的选用

温度传感器实际为半导体集成电路，可以划分为输出电流型和输出电压型两种。在温度测量仪设计中，还要采用电流型两线制集成温度传感器。在温度传感器型号选择上，使用美国模拟器件公司生产的AD590，其测温范围在-55℃到150℃之间，电源电压为4-30V，具有较高的测量精度，非线性误差为±0.3℃[1]。采用AD590，无需采用辅助电源，同时可实现热电偶冷端补偿。作为温度检测元件，AD590输出的信号是模拟信号，需要连接放大器和A/D转换器，从而为单片机提供数字检测信号。

2.3放大器及转换器

在温度测量仪中，输入部分和输出部分都要利用放大器实现信号放大，以确保输出电压与转换器相匹配。在放大器设计上，采用AD521实现但增益隔离放大。该种放大器性能较好，拥有较大的共模抑制比，可以用于放大微小差模信号。

在转换器选用上，输入部分采用的A/D转换器可采用AD1674将模拟信号转化为数字信号，传输至单片机80C51中。在输出部分，可以采用DAC0832将数字信号转化为模拟信号，通过功率放大实现温度控制。这两种转换器都是8位分辨率，能够与微处理机兼容，具有接口简单、价格低廉等优点。

2.4键盘和显示电路

在温度测量仪的键盘和显示电路设计中，需要采用8279可编程键盘、显示器接口芯片。该种芯片可完成键号自动识别和显示器自动扫描，可以利用传感器与64个按键阵列连接，消除抖动和加强按键保护。针对显示器，可提供16位数字。测量仪采用的显示器为发光二极管显示器LED，可以利用一个I/O口实现8位段选线控制。利用扫描法进行各位LED点亮，可显示不同字符，实现温度的动态显示。在单片机获得经过放大和A/D转换的温度传感信号后，经过单片机计算处理，会利用P0和P1口进行8位数码管的段控信号控制，以实现所测温度的显示。在显示负号为“-”时，代表检测到的温度为负温度，否则为正值。在测量温度超出设定范围时，利用P2.0端口，单片机可进行蜂鸣器控制，发出报警。

3多功能智能化温度测量仪的软件设计

在测量仪的软件设计上，还要采用汇编语言完成程序编写。使汇编语言执行指令与机器语言逐一对应，可以增强测量仪的实用性，直接通过键盘编程进行机器指挥。按照系统工作流程，系统开机后首先将完成初始化，然后进行键盘扫描子程序的调节，完成采样周期的设置。完成定时器初值设置后，系统会执行中断服务子程序，进行各模块子程序的调用。采用该种模块化设计方式，可以使子程序的调用和维护过程得到简化。而系统的子程序任务较少，结构较为简单，可以采用顺序性结构进行主程序流程的设计。具体来讲，就是在测量仪开机自检后，进行显示器扫描，确认是否存在故障。如果存在故障，测量仪会在单片机控制下发出报警。无故障的情况下，仪器会进行初始化，然后进行温度测量值的读取，启动温度转换。在温度显示时，测量仪会先将得到的温度值与预设值进行比较，如果低于或高于预设值，测量仪会发出报警[2]。从测量仪的软件设计创新点上来看，通过引入温度判断环节，可以使测量仪实现超温报警，因此能够使测量仪更加智能。

结论：伴随着自动控制技术的发展，人们对检测装置也提出了智能化的发展要求。而设计多功能智能化温度测量仪，可以实现测量温度的实时显示，并在温度超出预设值时发出报警，从而更好的满足装置的使用需求。因此，相较于传统测量仪，该种多功能智能化温度测量仪可以获得更好的应用前景。

参考文献：

[1]杨迪.基于单片机的温度测量仪的设计[J].黑龙江科技信息,2016(32):157-158.

[2]高圣宇,张丹红,彭笑等.热电阻测温电路智能标定装置的设计[J].中原工学院学报,2017,28(03):19-23.