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基于Z元件的单片机温度检测系统

发布时间:2020-07-01 01:04:30 阅读: 来源:旋塞阀厂家

摘要:介绍一种基于数字传感器(Z-元件)的单片机温度检测系统,给出了原理及设计方案,并指出其优点。

本文引用地址:关键词:Z-元件;单片机;温度检测

1数字传感器温敏Z-元件

Z-元件正向输入直流电压,可得到幅值为输入电压20%~40%的直流脉冲,频率随温度、湿度、磁场、流量、光强、射线等物理量变化,无需前置放大器和A/D转换直接得到数字信号(准确地说是脉冲信号)。在测试温度时,我们主要采用了温敏Z-元件。

1.1温敏Z-元件的伏安特性

温敏Z-元件是一种具有非对称性伏安特性的二端有源元件,图1是温敏Z元件的测试电路连接图,图2是伏安特性图。其中,第一象限为正向特性,呈“L”型,可分为三个区:M1高阻区,M2负阻区,M3低阻区。Vth为阀值电压,Vf为导通电压,P(Vth,Ith)为阀值点。当加在温敏Z-元件上电压超过Vth时,其工作点迅速由M1区转换到M3区(微秒级)。第三象限为反向特性,具有很高的击穿电压和小的反向电流。

1.2温敏Z-元件的温度特性

温敏Z-元件的正向伏安特性随温度变化如图3所示。当温度升高时,正向伏安特性上的阀值点P向左上方移动,阀值电压Vth减小,因此,它只有负的温度系数。

温敏Z-元件采用不同电路时,可分别输出模拟信号、开关信号和频率信号。本系统采用频率信号输出方式。

温敏Z-元件输出频率信号时连接电路如图4所示。电路接通电源后,电容充电,当加在温敏Z-元件两端的电压大于Vth时,其工作状态立即由M1区经M2区跳到M3区,输出低电平Vf,这时,电容通过温敏Z-元件放电,当加在温敏Z-元件两端的电压小于Vf时,其工作状态又马上恢复到M1区,电源重新通过RL对电容充电。此过程周而复始,电路工作在振荡状态,输出下降沿触发脉冲频率信号。输出信号频率表达式为

由于温度变化时,Vf几乎不变,因此,当温度升高时,Vth减小,f增加。图5为输出波形随温度变化图,图6为频率随温度变化图。

2单片机系统组成

本系统采用AT89C51单片机,内带4K字节的FlashROM,不需外扩程序存贮器;系统处理的数据量不大,因而也不需要外扩数据存贮器,只用一片带E2PROM的多功能芯片X25045保存系统的工作参数及查表数据。系统结构见图7。

2.1复位与看门狗电路

该部分电路的主要芯片为多功能的X25045。该芯片把三种常用的功能:看门狗定时器、电压监控和E2PROM组合在单个封装之内。

看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统。当系统出现故障时,在选定的超时时间之后,X25045的看门狗将以RESET信号做出响应;利用X25045低VCC检测电路,可以保护系统,使之免受低电压的影响。当VCC降到最小VCC转换点以下时,系统复位,复位一直到VCC返回规定值且稳定为止。X25045的存储器是CMOS的4K位E2PROM。对X25045的操作通过单片机P1口的P1.0~P1.3实现。

2.2人机接口电路

人机接口电路包括四个按键,一片LCD显示器,一个LED指示灯和一个蜂鸣器。4个按键分别为:“功能”、“左移”、“增加”和“减少”,按键的状态分别通过单片机P1口的P1.4~P1.7输入。“左移”键用于控制光标移动,“增加”和“减少”键分别用于数字的增加和减少,每当输入完一个参数后按一次“功能”键,所有参数输入完成之后进入测试状态。测试的进程由定时器控制,并循环进行。LCD显示器为数字型液晶显示器,在参数输入状态下与按键配合用于参数输入,在测试状态下用于显示测试的结果。当所测温度超过设定温度上限时,LED指示灯闪烁,蜂鸣器报警。

2.3测试电路

温敏Z-元件输出的脉冲频率经过整形后送入单片机的T0端,置T0为计数方式,T1为定时方式。T0与T1配合,计算出温敏Z-元件的输出频率,再查表得出对应温度值,送入LCD显示。

2.4软件框架

单片机的软件设计采用了Franklin公司专为51系列单片机开发的C语言C51。整个软件可分为主程序和中断服务程序两部分。

①主程序

主程序主要包括以下几个部分:自检与初始化,从X25045读入参数,参数输入,参数写入X25045及进行检测。

初始化程序主要包括对单片机I/O口、内部RAM、定时器和中断系统的初始化。自检程序检测单片机的内部RAM工作是否正常,检测X25045中的数据是否发生变异。

②中断服务程序

主要是T0及T1两个中断源的中断服务程序。

3结束语

由上述系统设计可看出,此单片机温度检测系统结构简单,经济实用。若添加适当的控制器件,可实现温度实时控制。此系统尤其适用于温室大棚,气象测温等场合,具有很高的性价比。

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