課題一NTC熱敏電阻的溫度測量和控制系統

2011年暑期電子設計大賽課題一

基于NTC熱敏電阻的溫度測量與控制系統的設計

學生姓名杜衡、向奇林、劉露平院系名稱物理與電子工程學院專業名稱電子信息工程班級2008級六班指導老師完成時間

基于NTC熱敏電阻的溫度測量與控制系統設計

學生姓名：杜恒、向奇林、劉路平 指導老師：

內容摘要：

本文敘述了用單片機作為控制器，用NTC熱敏電阻制作的溫度傳感器實現溫度變化到電壓變化后通過儀用放大器放大后通過AD轉換再將數據送給單片機處理后用LED顯示出來實現溫度測量，并可利用單片機控制蜂鳴器發聲和八個發光二極管亮滅來實現報警，同時還可以通過單片機控制水泥電阻給熱敏電阻加熱來實現溫度控制的溫度測量和控制系統的設計。該系統使用單片機開發板作為控制系統，而將溫度傳感器和加熱器制作在單獨一塊板子上，工作時將兩塊板子連接起來使用。由于單片機開發板上已經有了按鍵、LED數碼管、蜂鳴器以及AD等，因此可以完全滿足控制系統的需求。單片機可以用USB供電，而另外一塊板子可以用實驗室的直流電源作為供電系。

本文最后附帶了該系統的c51程序，可以方便其他人員閱讀以及在此基礎上進行修改，使系統功能更加完善。實驗表明該系統能夠實驗溫度的測量、溫度報警、溫度查詢、溫度的控制等功能，完全滿足該課題的基本要求和擴展要求。

關鍵詞：單片機、NTC溫度傳感器、水泥電阻加熱器

緒論3

方案設計4

理論分析4

系統總體方案的設計及其原理概述原理圖5

系統各個模塊的方案論證與設計6

系統溫度采集電路的設計6

信號調理電路的原理與設計6

溫度控制電路的設計8

脈寬調制的基本原理簡介8

溫度控制電路的原理與電路的設計8

報警電路的設計9

報警電路的原理與電路的設計9

控制電路的原理與設計10

AD0804的采樣原理及與單片機的連接方法10

LED顯示電路的原理及與單片機的連接方法10

簡易鍵盤的掃描原理及與單片機的連接方法11

系統軟件的設計12

測試數據的性化處理12

系統流程圖12

系統性能測試與分析測試15

測試儀器與設備15

測試方案與結果15

結論16

致謝16

參考文獻16

附錄17

緒論

隨著時代的進步，溫度計在日常生產生活和工農業領域發揮越來越重要的作用，簡單的溫度計能夠滿足人們日常生產生活需要，但在一些工農業生產領域不僅要求能準確測量溫度并且要求能夠進行溫度報警和溫度的控制，因此在簡單的溫度計往往不能滿足人們的要求。利用單片機作為控制系統的NTC溫敏電阻溫度測量和控制系統更能符合工農業生產領域的需求。該系統不能能進行溫度的測量并且將溫度通過LED數碼管顯示出來使讀取更加方便，該系統還能設定溫度上下限實現聲光報警，并且該系統還能對溫度進行控制，因此在使用和功能上都比傳統的溫度計優越。該系統可以用在需要對溫度要求比較精密的環境中，可以利用該系統的精確溫度測量、報警和溫度控制功能來保證生產過程的順利進行。

方案設計

理論分析

根據任務要求，要求制作一個基于NTC熱敏電阻的溫度測量和控制系統。測量范圍為0-100攝氏度。測量精度為+—1攝氏度，能夠記錄24小時內每隔三十分鐘溫度值，并能夠用數碼管回調固定時刻的溫度值，能夠顯示24小時內的溫度平均值、最大值、最小值、和最大溫差，具有報警功能當溫度超過設定閾值時能夠報警(要求有1攝氏度的回差)。在擴展部分要求制作一個溫度控制元件，能夠用LED顯示設定溫度值和實際測量值，設定溫度范圍為：40——60攝氏度。并要求采用適當的方法，當設定溫度或者環境溫度突變時，減小系統的調節時間和超調量，溫度控制的靜態誤差<=0.2攝氏度。

分析任務要求，該系統要用NTC溫敏電阻作為測溫元件，NTC熱敏電阻是一種負溫度特性的熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化曲線如下所示：

圖表 1

由圖可知，NTC的阻值隨溫度的上升而下降，其阻值和溫度呈非線性特性，因此必須采用一定的方法對曲線進行線性化處理。其測量原理是利用通過測量其阻值，通過其溫度特性曲線便可求的環境溫度。但因為溫度不便于測量且不便于其他電路處理。通常是將電阻的變化轉化為電壓的變化通過測量電壓變化測得溫度的變化。

由于采集到的電壓信號是模擬信號，不能被數字系統處理，因此必須通過AD轉換器，將模擬信號轉換成數字信號。一般AD轉換器的基準電壓要求為2.5v，而采集到的電壓信號很微弱，必需經過放大后才能送給AD轉換器，因此在系統中還必須有信號放大的信號調理電路。

該系統要求具有報警和控溫功能，因此必須有報警裝置和控溫元件，報警裝置可以蜂鳴器和發光二極管來實現。而控溫可以制作一個加熱器作為控溫元件，系統要求能采用適當的方法來

總結

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