温度传感系统在单片机设计中的应用

柴昆鹏

（东海县科技情报研究所，江苏 东海 222300）

温度传感系统在单片机设计中的应用

柴昆鹏

（东海县科技情报研究所，江苏 东海 222300）

温度的单片机测量是一个经典且在工业应用中广为实用的一类控制问题。随着工业自动化的发展，如何使控制系统更智能化、更现代化成为日渐重要的问题。特别是温度控制问题衍生出来的一些问题尤为值得注意。由于需要实现工业过程，因此在设计中必须更关注系统的可靠性、抗干扰性问题，达到多路控制和信号远距离传输，力求电路简单、经济实用。

温度；单片机；测量

1 温度传感器电路

温度是表征物体冷热程度的物理量，也是人类研究最早、检测方法最多的物理量之一。从总体上来说，物体温度分布的范围极宽，加上被测对象的繁杂多样，所以至今还没有一种温度传感器能够覆盖整个温度范围，因而只能根据不同的温度范围和不同的被测对象，适当的选择不同的传感器。常用的测温传感器的种类、机理和测量范围如表1所示。

表1 测温传感器的种类、机理和测量范围

另外还有集成温度传感器，例如美国AD公司的集成温度传感器AD590，广泛地用于测量温度等技术领域，其可在-55～150℃内工作，工作电压的范围是4～30 V。AD590是电流测量元件，在一定温度下，它相当于一个恒流源。0℃时，输出电流为273.2 μA，每1 K温度变化时，输出电流变化1 μA，因此，它具有不易受接触电阻、引线电阻和噪声的干扰，能实现长距离（如200 m）传输，具有很好的线性特性，即使远离负载电阻，电流输出型温度传感器也不会产生引线降压误差，为此，适合于遥测。高温环境中使用集成温度传感器时，为防止端子间漏电流产生误差以及端子被腐蚀，需要采用环氧窗格玻璃防潮湿，或把传感器放入不锈材料管内。

根据特性分档，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示，具体内容如表2所示。

表2 AD590的后缀

综合各种因素，这里选用AD590，它精度高，线性好，输出电流为高阻抗（710 MΩ）。

AD590的主要特征是：（1）线性电流输出：1μA/K，正比于绝对温度；（2）宽温度范围：-55～150℃；（3）精度高：激光校准精度到/-0.5℃；（4）线性好：满量程范围/-0.3℃；（5）电源范围宽：4～30 V。

图1 AD590特征

温度传感器电路如2所示。

图2 温度传感器电路

其中，1 K精密电阻将传感器输出的电流转变为电压信号，单位为1Mv/℃。R1，R2和可调电阻设置了偏置电压，可使温度为0℃时，输出电压为0 V。

2 运算放大电路

因为AD590输出的电压信号很小，如果不经放大，很容易受到干扰，所以需经运算放大器放大后才能传送给模拟转换器。这里的放大器采用LM324，LM324输出级有短路保护装置，4个运放之间具有良好的匹配性能和隔离性能，隔离抑制比为120 dB，可单电源或多电源工作，内接频率补偿电路；输入失调电流为3 nA（LM124/224型），输入偏置电流为90 nA（LM324型），开环电流增益为100 V/mV。可应用于有源滤波器，仪用放大器，医疗器械设备，精密测量设备，波形发生与变电路以及自动控制系统等领域。

（1）工作环境温度范围：0～70℃

（2）极限值：

电源电压：/-16V（双电源工作）

32V（单电源工作）

差模输入电压：Vs

共模输入电压：32V

引线耐焊接温度（10S）300℃

4个运放组成增益可调的差分放大器，电路如图3所示。

其中，前两个运放作为缓冲级提高输入阻抗，最后一个运放构成负反馈回路以改变电路增益。图3中电压增益AV=0.001（R6R7）。

图3 差分放大器电路

[1]龚之春.数字电路[M].北京：电子科技大学出版社，1999.

[2]黄贤武.传感器实际应用电路设计[M].北京：电子科技大学出版社，1997.

Application of temperature sensing system in MCU design

Chai Kunpeng
（Donghai County Institute of Science and Technology Information, Donghai 222300, China）

MCU temperature measurement is a classic and widely used problem in the practical industry control. With the development of industrial automation, how to make the control system more intelligent, more modernization has become an increasingly important issue. Especially some problems derived from the temperature control problem is worthy of attention. Due to the need to achieve the industry, therefore, more attention to the reliability of the system in the design, anti-interference must be paid, to achieve multi-channel control and signal long-distance transmission, striving to simple circuit, economical and practical.

temperature; MCU; measurement

柴昆鹏（1981— ），男，江苏东海。