热敏电阻构成的温度测控系统

1控制容量AC250V、3A

2设定温度范围0℃~50℃

3温度显示：0℃~99℃，2位LED显示；

4显示误差<±0.5℃、

5控制精度<±1℃

系统的埂件构成

由于系统所达到的技术指标可以看出，该系统各项的技术指标要求不高，由于要考虑成本。为此，温度传感器宜彩廉价的热敏电阻式温度传感器。

1温度传感器

采用合肥三星电子有限公司的SIMFE－347－103F型热敏电阻。该型号热敏电阻阴温见下表

2A/D转换电路

为简化电路设计，尽可能降低成本，该系统中A/D转换采用U/f变换器来实现。

U/f变换器是把电压信号转变为频率信号的器件。它具有良好的线性与精度，外围电路简单，转换速度不低于一般的双积分型A/D转换器件，因此在一些非快速A/D场合，U/f转换技术广泛应用。U/f变换器与单片机的接口上个具有以下特点：

（1）接口输入的频率信号只占用单片机的一根I/O口线，作为中断源或计数器输入信号。

（2）抗干扰能力强。压/频转换过程本身就是一个积分过程。U/f变换实现A/D转换就是一个频率计数过程。相当于在计数时间内对频率信号进行积分，因此抗干扰能力强。

（3）便于远距离传输。

该系统考虑到成本及性价比，选择了LM331型U/f变换器。LM331型U/f变换器是通用型U/f变换器，其主要特性为：

A.    频率范围：1～100kHz；

B.    非线性：±0.01％；

C.    单电源或双电源供电；

D.    单电源+5V时也可以保证转换精度；

E.    低功耗:+5V供电时仅为15mW。

LM331在该系统的使用...

为了提高精度及系统的稳定性,LM331的外围电路元件采用低温度系数元件,电阻采用金属膜电阻,电容采用CBB电容器.由LM331的特性可知,频率信号输出由下式确定

由原理图中所给定的参数得: f_OUT＝265U_IN(Hz)。………………由R_T的电阻温度特性表可以求出每个温度点所对应的UIN,再由f_OUT＝265U_IN计算出每个温度点所对应的输出频率，进而由单片机处理显示被测的温度值。

3．单片机基本系统

单片机基本系统采用美国ATMEL公司生产的AT89C51，外扩存储器采用一片串行E²PROM。型号为AT93C46.系统I/O口的分配如下：P0.0、P1.3、P1.6、P1.7为键盘输入口。P0.1～P0.7、P1.4、P1.5、P2.5、P3.6、P3.7为LCD显示驱动口。P1.0、P1.1、P1.2、P3.0为控制执行机构输出口。P3.1为看门狗输出口。P3.3为频率信号输入口。P3.2、P3.4、P3.5为AT93C46接口线。

4执行信号输出电路

由于执行机构最终控制的是220V三速交流风盘电机及220V交流电磁阀，所控制的负载很小，故采用四只双向可控硅，型号为美国ST公司生产的Z0409。由单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P3.0控制四只可控硅的通断，考试到单片机I/O口的驱动能力，驱动电路用一只T9012。

5看门狗电路

单片机系统在受到各种干拢时会引起失控，有可能使程序乱飞，也可能使程序陷入“死循环”，在这种情况下用软件方法就不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境。为此在硬件设计方面采用了程序监视技术，又称“看门狗”支柱，使程序脱离“死循环”。该系统的硬件看门狗电路采用的是74HC123双可再触发单稳态多谐振荡器构成的单稳态型“看门狗电路。

“看门狗“电路与单片机的连接图

74HC123的真值表见下表：

由真值表可知，在清除端、B端为高电平的情况下，若A端输入负跳变，则单稳态触毁器脱离原来的稳态进入暂态，即Q端变为高电平。在经过一段时间延时后，Q端重新回到稳定状态，这就使得Q端输出一个正脉冲，其脉冲福尔摩斯由74HC123的外部定时元件R、C决定。当C>1000pF时输出的脉冲宽度T_W=0.45RC,R的单位为Ω，C的单位为F，TW的单位为秒。由图表中所给的参数可计算出74HC123两个单稳态电路的暂态时间为T_W1＝T_W2＝0.45×680×10³×1×10^-6=306ms

第一个单稳态电路的工作状态由单片机的P3.1口控制。在系统程序开始运行时，P3.1口向1A端输入一个负脉冲，使1Q端产生正跳变，1号单稳电路进入瞬态，此时1Q为高电平，2Q仍为低电平稳态。P3.1口向74HC123送负脉冲为时间间隔取决于系统主程序循环周期的大小，考虑到系统参数的变化及中断等因素，必须留有足够的余量。该系统最大运行周期为200ms。1号单稳态电路的单稳定时间为360ms。若此期间内1A端再有负脉冲输入，则1Q端高电平时间就会在此刻重新延时306ms。因此，只要在1A端连续不断有输入间隔小于306ms的负脉冲，则1Q输入就始终保持在高电平上。这时2A保持高电平，2号单稳态电路不动作，2Q端始终保持为低电平，单片机不复位。因此，在系统软件设计时当主程序程序过程中使P3.1每循环一次输出一个负脉冲系统就可正常运行。若程序“跑飞”或进入“死循环”，单片机就不能正常输出“看门狗”脉冲。1号单稳态电路经过306ms后脱离暂态，1Q端回到低电平，并触发2号单稳态电路，在2Q端产生306ms的正脉冲，使单片机可靠地复位。一旦系统复位后，程序就可进入正常的循环中，使系统的运行可靠性大大提高。

6显示接口电路

显示接口电路设计低位显示驱动采用摩托罗拉公司生产的MC14543芯片。MC14543是常用的LED锁存/译码/驱动电路。电路MC14543十分简单，只要在LD端加高电平，BI端输入方波，A、B、C、D端输入BCD码，则在译码输出端a～g输出与PH同相或反相的方波，以驱动对应的液晶笔段亮或灭，从而显示出数字。而期货显示内容均由单片机的口线直接驱动，背电极方波信号由P0.7驱动。这样不但充分利用了单片机的口线资源，也降低了硬件成本。

7内存电路的扩展

应该系统要求对一些设置的住处在掉电后扔能保存，由于住处量不大，为此扩展一片串行E²PROM  AT93C46，AT93C46是1K位串行电可擦除的可编程存储器可按64×16位或128×8位的方式来工作。在16位方式工作ORG引脚接低电平（GND）。CS为芯片选通端，高选有效，SK为串行数据时钟输入端，DI为串行数据输入端，DO为串行数据输出端，ORG为内部组织选择端，DC为空脚。有关AT93C46更详尽的资料请参照相关产品说明。59

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