杨 兵，张 彤，赵苗慧，雒少哲，余智伟

（西京学院，陕西 西安 710123）

0 引言

随着现代社会的迅速进步，各个领域对温度的实时监控要求逐渐广泛。根据传感器市场报告，温度传感器在所有传感器中占比最大，被广泛地应用于农业生产、科学研究等重要领域。因此，一个能够实时监控温度并且操作简单的温度测量产品对工业生产和日常生活具有重大意义。有关专家指出，各国会对温度传感器进行深入研究，以加速新型温度传感器的开发，从而使得传感器在高精技术中更好地发挥作用，增强运行能力[1]。

基于上述背景，本文将设计一款热电阻温度传感器，以单片机作为主要核心，温度信号的测控及采集均由单片机系统自行完成[2]。本设计的优点是读数方便，测量温度范围广，可对温度设置阈值。若超出阈值，系统能自动发出报警蜂鸣。

1 传感器设计

1.1 传感器设计方案

温度传感器由温度敏感元件热电阻、热电阻保护套、镀银特制导线、绝缘陶瓷管、固定螺帽、信号引出线以及接线端子组成。热电阻保护套和固定螺帽将保护热电阻以及固定热电阻。导线固定支架座保护导线，防止损坏。将热电阻装到保护套中，然后加上电源和放大电路，就组成了完整的传感器。

1.2 传感器的组成

利用敏感元件可直接测量需测量的物理量，再将数据传送给转换元件，转换元件将数据转换为电脑能识别的信号从而完成信息采集过程，如图1所示。

图1 传感器组成

2 系统总体设计方案

本设计是利用铂电阻制成温度传感器，传感器将温度的变化值转换为电阻的变化值，再经过模数转换输送到单片机中。单片机将采集到的数据进行处理后输出给显示电路。如果温度不在阈值内，报警电路发出报警。按键电路可以对温度的阈值进行设置。整个系统的电路由5个部分组成，如图2所示。

图2 总设计方框

3 温度测控系统设计

3.1 温度检测模块设计

（1）温度测量范围大约在-200 ℃到+850 ℃之间。

（2）测量的时候，响应时间小于30 s。

（3）测量温度时，探头插入深度应大于200 ms，以保证准确性。

（4）允许通过的电流要小于5 mA。

（5）铂热电阻的阻值与温度关系：第一，-200 ℃＜t＜0 ℃时，RRt=100×[1+At+Bt2+Ct3×(t－100)]；第二，0 ℃＜t＜850 ℃时，RRt=100×(1+At+Bt2)。

3.2 温度检测及信号处理电路设计

AD623放大器是一款集成式的单电源放大器，具有相当优秀的交流共模抑制比，且随着增益提高而增大[3]。当热电阻的阻值随温度变化时，将热电阻两端的信号输送到AD623放大器中。信号被放大后再输送给转换器，从而把随着温度不断变化的阻值转换为不断变化的数字量。

3.3 模数转换模块设计

模数转换部分使用ADC0809转换器。它是一种8位逐次逼近型A/D转换器。ADC0809内部自带输出锁存器，能与单片机直接相连[4]。模数转换在此设计中起桥接作用，传感器和单片机中的所有数据转化都要用到转换电路。

4 系统外围硬件电路

（1）显示电路：LCD1602是工业上和生活中最常用到的液晶显示器，能把数字、字母、标点符号实时显示。

（2）振荡电路：单片机有两种时钟方式，本设计只有一个单片机作为控制系统，所以采用内部时钟方式。

（3）复位电路：复位电路采用的是组合方式。这样就能实现自动复位和按键复位的双重操作。

（4）报警电路：当温度数据脱离阈值之后，单片机会产生一定频率的脉冲，外接一只三极管来驱动扬声器发出声音，从而达到报警目的。

（5）键盘电路：设计采用3个按键来进行操作，3个按键各有作用，第一个按键作用是选择设置温度上下阈值，第二个和第三个按键作用是对上下温度阈值加或减，从而实现手动设置报警范围。

5 结语

本设计为一个热电阻温度传感器，以单片机系统为核心，实现对温度的实时测量。本设计利用PT100温度传感器对温度进行检测；采用模数转换器ADC0809进行数据转换，同时外加报警系统。当显示温度不在温度阈值内时，单片机所连接的报警器会发出报警，达到对温度的实时监控效果。本设计具有较高稳定性，测量温度范围广泛，测量精度较高，使用极为方便，大大提高了经济效益。