下载文档原格式
热敏电阻数字温度计的设计实验报告
本次实验旨在设计一种基于热敏电阻的数字温度计，通过实验验证其可行性和精确性。
实验过程中，我们首先购买了一些热敏电阻和其他所需的元器件，包括电容、电阻、运放等。
然后按照电路图设计，进行了实际的电路连接和调试。
在调试过程中，我们需要注意电路的稳定性和输入电压的范围，以免影响实验结果。
在完成电路搭建和调试后，我们通过连接计算机和显示器，测试了温度计的输出精确度和稳定性。
实验结果表明，该数字温度计具有较高的精确度和稳定性，可满足实际应用的需求。
综上所述，基于热敏电阻的数字温度计设计实验成功完成，并且具有较高的精确度和稳定性，为实际应用提供了可靠的参考数据。
- 1 -。
西北工业大学设计性基础物理实验报告班级：11051401 姓名：日期： 2016.05.13用NTC热敏电阻设计制作体温计一、实验目的1、测定NTC热敏电阻与温度的关系；2、设计制作一个数字体温计（温度范围35-42℃）二、实验仪器（名称、型号及参数）NTC热敏电阻可调直流稳压电源（0-5V）数字万用表单刀双掷开关导线FD-WTC-D型恒温控制装置 2X-21型电阻箱2个三、实验原理NTC负温度系数是一种利用半导体材料制成的体积小巧的电阻，为避免热敏电阻自身发热所带来的影响，流过热敏电阻的电流不能超过300微安。
由于热敏电阻随温度变化比金属电阻要灵敏得多，因此被广泛用于温度测量，温度控制以及电路中温度补偿、时间延迟等。
为了研究热敏电阻的电阻温度特性，常用电路如图1所示：R t=（R1/U1）*U t四、实验内容与方法1.测量不同温度t下NTC热敏电阻的阻值R（1）设计实验方案，画出实验电路图如图1，不断改变环境温度t，利用公式R t=（R1/U1）*U t计算出不同温度t下NTC的阻值。
（2）列表记录数据，用最小二乘法求出R与1/t之间的关系2.设计数字体温计如图2电路图所示，根据第一问中得到的R与1/t之间的关系，取35℃与42℃为边界，联立解出R1和R2。
计算各元件的数值，使数字电压表的mV示数即为温度示数。
根据设计的电路图搭建数字温度计，进行调试：（1）测量不同温度时，数字体温计的电压示数，并绘制校准曲线；（2）根据校准曲线，对设计的电路进行改进，使误差不超过1℃。
五、实验数据记录与处理（列表记录数据并写出主要处理过程）不同温度下的NTC阻值数据记录表格（R1=10000Ω U=4.77V）经过线性拟合b=451269.94 a=-7586.20 r=0.9487所以回归方程为：R=451269.94*1/t-7586.20当T=35和42时，解方程组4770R2/(R1+R2+R t)=35 解R1=8126.7.2Ω4770R2/(R1+R2+R t)=42 得R2=99.21Ω调整R2，获得较为准确的体温计（此时R1=8126.7Ω R2=117.2Ω）校准后误差在0.1摄氏度以内。
基于热敏电阻的数字温度计专业班级：机械1108组内成员：罗良李登宇李海先指导老师：**日期： 2014年6月12日1概述随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。
随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
目前温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法：1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2)利用热电效应技术制成的温度检测元件3)利用热阻效应技术制成的温度计4)利用热辐射原理制成的高温计5)利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。
温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。
将输出的微弱电压信号放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。
2设计方案2.1设计目的利用51单片机及热敏电阻设计一个温度采集系统，通过学过的单片机和数字电路及面向对象编程等课程的知识设计。
要求的功能是能通过串口将采集的数据在显示窗口显示，采集的温度达一定的精度2.2设计要求使用热敏电阻类的温度传感器件利用其温感效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来。
3系统的设计及实现3.1系统模块3.1.1 AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
评分：大学物理实验设计性实验实《用热敏电阻改装温度计》实验提要设计要求⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶根据实验情况自己确定所需的测量次数。
实验仪器惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，水银温度计，加热电炉，烧杯等实验所改装的温度计的要求（1）要求测量范围在40℃~80℃。
（2）定标时要求测量升温和降温中同一温度下热敏温度计的指示值（自己确定测量间隔，要达到一定的测量精度）。
（3）改装后用所改装的温度计测量多次不同温度的热水的温度，同时用水银温度计测出此时的热水温度（作为标准值），绘制出校正曲线。
提交整体设计方案时间学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。
提交整体设计方案，要求电子版。
用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。
思考题如何才能提高改装热敏温度计的精确度？用热敏电阻改装温度计实验目的：1．了解热敏电阻的特性；2．掌握用热敏电阻测量温度的基本原理和方法；3．进一步掌握惠斯通电桥的原理及应用。
实验仪器：惠斯通电桥，电阻箱，热敏电阻，水银温度计，滑动变阻器，微安表，加热电炉，烧杯等实验原理：1．惠斯通电桥原理惠斯通电桥原理电路图如图1所示。
当电桥平衡时，B，D之间的电势相等，桥路电流I＝0，B,D之间相当于开路，则U B=U D;I1=I x,I2=I0;于是I1R1=I2R2,I1R X=I2R0 由此得R1/R X=R2/R0或R X=R0R1/R2 （1）（1）式即为惠斯通电桥的平衡条件，也是用来测量电阻的原理公式。
欲求R X，调节电桥平衡后，只要知道R1,R2,R0的阻值，即可由(1)式求得其阻值。
2.热敏电阻温度计原理热敏电阻是具有负的电阻温度系数，电阻值随温度升高而迅速下降，这是因为热敏电阻由半导体制成，在这些半导体内部，自由电子数目随温度的升高增加的很快，导电能力很快增强，虽然原子振动也会加剧并阻碍电子的运动。
热敏电阻数字温度计及设计与制作一、热敏电阻介绍热敏电阻（Thermistor）是一种特殊类型的电阻元件，也被称为温度传感器或温度电阻。
它由原材料包括硅、聚苯乙烯等制成，一般构成为由特殊陶瓷物质制成的金属杆支撑的微型电阻片，它的电阻值会随温度的变化而发生量级的变化，应用范围广泛，同时也具有非线性特性。
二、原理介绍热敏电阻可以因温度的变化而改变其电阻值，电路中施加的电压，将发生变化的电阻作用的电流，其特性一般是冷端温度为25°C时，电阻值最小，随着温度的增加，电阻值也增加。
热敏电阻具有很强的非线性特性，温度噪声小，因而对温度测量后级电路要求较低，这种特性使热敏电阻更加容易把输入的温度信号转变为数字信号。
三、数字温度计的介绍数字温度计（Digital Thermometer）是一种使用热敏电阻来测量温度的设备，可以检测温度并以数字方式显示温度变化，常用于家用、工业和其它科学测量等领域。
数字温度计利用热敏电阻这种特性，可以把温度信号变换为数字信号，然后再在显示分辨率与可调量程内显示出来。
要设计并制作一台数字温度计，需要用到热敏电阻、运算放大器、A/D转换器、晶体管、多路复用器和显示器等元件。
（1）热敏电阻。
用来检测温度变化，通过将温度变化映射成电阻变化。
（2）运算放大器。
它将检测到的电阻变化信号发送至A/D转换器，用以进一步进行信号转换处理，从而获取准确的温度数值。
（5）多路复用器。
它用来将晶体管处理出的信号发送至显示器，并选择正确的显示模式，以便正确显示温度数值。
五、结论热敏电阻及其特性使其能够非常精确地测量、检测温度变化。
数字温度计设计与制作主要使用热敏电阻以及相关电路元件，它可以把温度信号变换为数字信号，从而在对精度进行严格控制的情况下，准确地显示出温度信息。
基于热敏电阻的数字温度计课程设计. .目录1 绪论12 系统硬件电路设计32.1 测温电桥电路32.2 信号放大电路................................................................................62.3 AD转换电路...................................................................................72.4 控制电路........................................................................................92.5 声光报警电路 (102).6 显示电路..........................................................................................112.7 电源电路..........................................................................................123 系统软件设计154 总结与展望 (1)6参考文献……………………………………………………………..……………………………..171概述随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。
随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
目前温度计按测使用的温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法：1，利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2，利用热电效应技术制成的温度检测元件3，利用热阻效应技术制成的温度计4，利用热辐射原理制成的高温计5，利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。
第39卷第3期曲靖师范学院学报Vol.39No.3 2020年5月JOURNAL OF QUJING NORMAL UNIVERSITY May.2020基于NTC热敏电阻简易快速智能体温计的设计杨清志1,张运芝2（1.亳州职业技术学院智能工程系，安徽亳州236800；2.亳州市青云小学分校，安徽亳州236800）摘要：随着《关于汞的水俣公约》的生效，目前最常用的水银体温计因含汞有毒将退出市场，电子体温计又因价格高寿命有限而不便推广使用.针对这种情况设计了一种利用NTC热敏电阻采集温度，MSP430单片机进行功能处理的简易、快速智能体温计，能快速测温并实现异常温度智能报警,具有较高的实用价值.关键词:NTC；体温；MSP430；报警中图分类号:TP212.3；R318.6文献标识码:A文章编号：1009-8879（2020）03-0058-050引言体温是人体重要的生理参数,体温检测是判断病人健康状况最简单而有效的方法之一.目前用于体温检测的温度计有水银体温计和电子体温计等.传统的水银体温计因价格低读数可靠而被普遍使用,但水银体温计含汞有毒存在安全隐患.2013年10月我国加入《关于汞的水俣公约》，该公约于2017年8月16日起生效.条约规定：2020年起，淘汰未申请豁免的添汞产品生产、进口和出口⑴.这就意味着水银体温计将逐步退出市场，被电子体温计取而代之•按国家标准GB/T21416-2008（医用电子体温计》第4条规定,医用电子体温计除了精度要求之外,还应有温度异常提示报警以及数据存储记忆等功能⑵.调查发现，目前市场上很多廉价的电子温度计并不符合标准,而正规厂家生产的符合标准的电子体温计价格都较高,且寿命有限,其推广和使用受到了极大的限制.目前电子温度计主要有热电阻温度计、红外温度计、遥测温度装置及智能温度计等•热电阻温度计采用热电阻（钳电阻或热敏电阻等）采集温度,通过电路转化为电压，放大后进行A/D转化•这类温度计功耗小成本最低，但不能实现GB/T21416-2008（医用电子体温计》所要求的报警和数据存储记忆功能，一般用于宠物温度计.红外温度计有红外耳温计、红外额温计和红外成像仪等•红外温度计采用红外传感器收集温度信息（人体体温37弋左右对应波长10|jim的远红外线），再经转化电路转化为电压信息进行处理MT.红外温度计测量迅速，且无需与病人接触清洁卫生•但容易受到环境干扰,精度难保证.且转化电路复杂，成本较高•遥测温度装置采用温度传感器采集温度,通过无线传输模块将温度信息输送至较远终端处理•遥测温度装置除了测温探头微型化外终端可以不受体积限制，功能齐全•但成本高，不能实现便携式•智能温度计采用微型单片机作为处理芯片,把温度传感器采集的温度信息根据需要进行选择性处理一叫目前这种智能温度计随着微型单片机的发展而迅速占领市场.本设计要求满足GB/T21416-2008《医用电子体温计》的标准,精度要求并不特别高，但应降低成本,且要微型化便于携带、使用.通过对各种电子温度计的比较研究，我们查阅了相关资收稿日期：2019-11-08基金项目：安徽堵教育厅质量工程项目“机电一体化专业建设创新团队”（2019cxtd050）；亳州职业技术学院重点教学研究项目“物理学在医药专业应用的研究，，（2017bzjyxm38）；亳州职业技术学院重点科研项目“中药饮片生产过程监控系统设计”（BKY1717）.作者简介:杨清志，亳州职业技术学院智能工程系副教授，主要从事传感器及自动化研究.・58・杨清志，张运芝:基于NTC 热敏电阻简易快速智能体温计的设计料,通过仿真,设计了一种简易、快速的智能体温 计•本设计用NTC 热敏电阻进行温度采集，经转化电路转化为电压后送入MSP430单片机处理, 再由LCD 液晶进行温度显示，蜂鸣器进行温度 异常报警•相比于同类产品价格低廉寿命较长, 且使用方便,能很好地满足测量需要,具有较高的实用价值.1 系统设计本设计由NTC 热敏电阻探头、电桥电路、放大电路、MSP430单片机、LCD 液晶显示器及报警器等组成，其结构框图如图1所示.「测温探头；-转化电路［［控制部分:> 输出部分［:MSP430f4250 :一 ［ LCD 显刁攝上）单片机『葫^懿邛< t ' ! ；］|电源11詁盘11 ；电桥_____期电路图1系统结构图实现步骤:首先由NTC 热敏电阻测温探头探测温度，将温度变化转化为电阻阻值的变化, 然后通过电桥电路将电阻阻值变化转化为电压 输出，再经放大后输入MSP430f4250单片机进行数据处理，通过LCD 液晶显示器显示温度，并对 异常温度（发烧）进行报警提示.MSP430f4250单 片机自带A/D 转换和液晶驱动,所以外围电路非常简洁,便于设计小型化,方便使用.2硬件选择与设计2. 1 NTC 热敏电阻NTC （ Negative Temperature Coe 伍cient ）热敏电阻是负温度系数型半导体电阻,其阻值随着温度的升高而减小，如（1）式所示⑼•R 严R°e 姑咼（1）式中叨一材料系数,一般在2000 ~ 6000 K之间；仏一参考温度，一般取25弋，即298. 15K （也有的取0弋，）；7」工作时实际温度（均以K为单位,T = t +273. 15）；他一冷电阻，即温度T°时的电阻;乩一温度卩时的实际电阻.由于0、仏、 他均为已知量，故乩是卩的单值函数，只要知道热敏电阻阻值代就可以算出对应温度T.由于NTC 热敏电阻热惯性小测温快，因此特别适合制作快速体温计•但是乩与卩是指数函数,并非线 性关系，还需要进一步进行数据处理.本设计我们选用日本石塚（SEMITEC ）的503ET 热敏电阻.该电阻R25弋=5OkQ±3%,0值：4055K ± 1%，额定功率3. 5mW,时间常数3.4s,测温范围:-40-100^，最大直径1.5mm,功耗低体积小响应快，非常适合作为体温探头［⑹•2.2转换电路转换电路由电桥电路和放大电路组成,如图2所示.J R9图2转换电路IN- VCC-图中&、尽、堆、人4和乩组成电桥，将NTC 进行分析可得：热敏电阻Rt 的阻值变化转化为电压输出.但输T/V ref|/ 二------------------x 出电压较小，还要经过OP07放大器放大.对电路0UT+ R1 +&//（& +尼）・59・第3期曲靖师范学院学报第39卷人2 •人7〃（人6 +尼） （2）R] +人2〃（人6 +尼）（丿£空V R 3 R 5x （R 6 +尼）°ut +V 0UT _ = 3 J ； 6 ]7 丿——（3）--+-- +------恳他血+乩V （）UT =（才 + ] ） R + R “OUT + _ 才 V （）UT 一（ 4 ）由（2）、（3）、（4）式可以算出输出电压％ut ,然后送入单片机进行处理.2.3单片机及其外围电路考虑到低功耗、小型化兼顾智能化设计要 求,综合比较各种微控器，本设计我们选用TI 公司（美国德州仪器）的MSP430F4250单片机作为 微控器•该单片机是一款超低功耗单片机，外围尺寸 15. 75mm X 10. 03mm x 2. 79mm,运行电压1.8 ~ 3.6V ,待机模式下工作电流1. gA ,睡眠模式下仅O.ljjiA.自带D/A 转换器和LCD 驱动器等,外围电路简单，运行速度快，唤醒时间小于6阴，非常适合本设计[⑴.单片机及其外围电路图见图3.如图3所示，由转换电路输出的电压送至单 片机,单片机根据设定的电压值进行比较，把对应的温度信息送至LCD 进行显示.为了降低功 耗，本设计采用4位8段数码管,测量完成后如 无其他操作会自动延时关闭.如果检测到发烧， 则发出报警信号触发报警器进行声音报警•为了方便使用和延长使用寿命，设计采用可更换的3.0V 纽扣电池供电.247d歸$8'10Cl f图3单片机及其外围电路険沁 i iiiiirF54/COM3i 養1潇縫—ii 誇iilllliiiiliili 讼;lliiiliiiP5.2/COM1势曲 i lliiiiili COMOlllllllll 绝iMBiF 1fillFFFFFFFFFFFFFF 1liiiiiiiiilil#...................................爰 i Mililiii ：..............AVSSF15/$gF 1fill FFFFFFFFFFFFFF 1iiiiiiiiii 璇 l iii .............痙ii 蠢i絆鲨gr 心严切S5F5.5/S3P63/M-P5..5/S21 敕P5.1./S0llllliiitliOil 1 喩 i illllllllll 「iliOlliiil]]PLO/TAGFL.6/A2-P1J/W/MCLK 內③T ACLKMCXKMg+m 広TA L 泓恥3 程序设计本设计的基本原理是:温度变化-电阻变化-电压输出,所以单片机获取电压信息后可以根 据（1）、（2）、（3）、（4）式计算出温度.但测试发 现，理论计算和仿真所得数值与实际测试值有一定的偏差，这主要是由于电阻阻值不标准以及电路板中存在漏电阻和等效电容等的影响,为提高测量精度，本系统设计不采用函数计算,而是用 修正后的温度与电压对应值进行标定.人体体温测量值与测量部位有关,正常情况 下腋窝平均温度36.代,口腔平均温度37. 0弋， 直肠平均温度37. 3弋.同时不同人群体温也略・60・杨清志，张运芝:基于NTC 热敏电阻简易快速智能体温计的设计有不同，儿童体温比成人约低0.2弋.体温测量 基本上都选择腋窝测量，一般认为超过37. 3弋 就是发烧，其中37. 4 ~ 38弋为低烧,38. 1 ~ 39弋为中度发烧,39.1 ~41弋为高烧,41弋以上为超 高烧.按GB/T 21416 -2008（医用电子体温计》第4. 3条规定，医用电子体温计的测温范围不小于35弋~41弋，测量精度应该满足表1要求.根据表1要求,我们对规定的测温范围作非均匀划分，实验测试所得温度、热敏电阻阻值和 输出电压的对应值（部分）如表2所示.表1医用电子体温计精度要求温度（咒）范围低于35. 335.3 〜36. 937.0 〜39.039. 1 〜41.0高于41.0允许误差±0.3±0.2±0. 1±0.2±0.3表2测量温度与热敏电阻和输出电压对应关系测量温度（咒）353637 37.338 3940 4142NTC 电阻（Q ）32. 6731.3530. 09 29. 7428. 88 27. 7326. 63 25. 5724. 57输出电压（V ）0. 620.91 1.201.31 1.501.792. 07 2. 37 2. 65工作时，首先通过启动按键唤醒单片机，单 片机开始读取由转换电路输入的电压，与机内的 设定值进行比较，输出温度值•如果温度异常则触发报警器报警.由于热敏电阻变化快，为避免 取出温度计时读数变化,本设计设定测量时间150s,从按启动键开始计时,150s 时输出并保留测量信息，此时会通过蜂鸣器发出“嘀——” 一 声提示音,提示测量结束•如果继续测量只需按 一下复位键即可•如果检测到低烧（即温度37.3弋以上），单片机会发出连续脉冲信号（“嘀——嘀——”）报警;如果是中高烧（即温度39弋以上，问题相对严重），单片机会输出一个连续电压信号触发报警，可以按键取消•如无其他操作系统会延时60s 自动关机，并保存最近一次测量数据（保存数据条数可根据需要设定）•系 统程序设计如图4所示.4 测试结果为检验本设计的可靠性，我们在亳州市青云小学分校随机抽取了 50名学生进行实际体温测 试,测量结果与相同条件下测量精度较高的水银体温计测量结果作比较•学生体温测量结果均正常，为了扩大检测范围，我们用温水来模拟“发 热”和“低温”的温度检测与报警测试，测试结果表明，温度误差±0. 1弋，报警器工作正常，误报 率为0.图4体温测量程序5 总结本设计基于NCT 热敏电阻的体温计，测量 迅速准确•采用M430F4250超低功耗单片机作 为微控器,体积小寿命长使用方便,能很好地满 足GB/T 21416 -2008（医用电子体温计》第4条的测量精度和提示报警、数据记忆、自动关机等 功能要求•随着水银体温计因《关于汞的水俣公 约》的生效而退出市场，这种简易快速的智能体• 61•第3期曲靖师范学院学报第39卷温计具有极大的推广价值.同时,本设计采用单片机作为处理核心，可以通过编程进行功能拓展，便于进一步开发研究.参考文献：[1]全国人大.关于汞的水俣公约[EB/OL].http：///wxzl/gongbao/2016-07/11/content _1994472.htm.[2]GB/T21416-2008(医用电子体温计》[S].北京：中国标准出版社,2008.[3]丁岩.红外体温测量管理系统的设计[D].呼和浩特：内蒙古大学,2017.[4]葛泽勋.医用红外测温仪及其关键技术研究[D].长春：长春理工大学,2019.[5]黄鑫.穿戴式动态体温监测系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学,2018.[6]胡良文.基于温度传感器阵列和深度学习的体温实时监测系统[D].成都：西南交通大学,2018.[7]郑英，李香菊，王迷迷，等.基于NTC和ZigBee技术的病房病人体温监测系统设计[J].现代电子技术，2016(4):26-28.[8]杨清志，王杰.基于S17053的智能数字体温计的设计[J].黑河学院学报,2016(3):123-125.[9]陈安宇.医用传感器(第二版)[M].北京：科学出版社,2015:107-111.[10]SEMITEC503ET参数[Z].http：///cntpqe_brand_special,asp?xid=5&brid=30&cpid=721&kcid=2763.[11]msp430£4250技术参数[Z].http：///cn/lit/gpn/msp430£4250.Design of a Simple and Fast IntelligentThermometer Based on NTC ThermistorYang Qingzhi1,Zhang Yunzhi2(1.Bozhou Vocational and Technical College,Bozhou Anhui236800,China；2.Branch Campus of Bozhou Qingyun Primary School,Bozhou Anhui236800,China) Abstract:With the entry into force of The Minamata Convention on Mercury,the most commonly used mercury thermometers will be withdrawn from the market due to mercury toxicity,and electronic thermometers are inconvenient to be popularized and used due to their high price and limited life.In view of this situation, a simple and fast intelligent thermometer is designed,which uses NTC thermistor to collect temperature and MSP430single一chip microcomputer to process function,can measure temperature quickly and realize intelligent alarm of abnormal temperature,it has high practical value.Key words:NTC；Body temperature；MSP430；Alarm［责任编辑:崔萍］・62・。
基于单片机的热敏电阻温度计的设计引言：热敏电阻是一种根据温度变化而产生变阻的元件，其电阻值与温度成反比变化。
热敏电阻广泛应用于温度测量领域，其中基于单片机的热敏电阻温度计具有精度高、控制方便等特点，因此被广泛应用于各个领域。
本文将介绍基于单片机的热敏电阻温度计的设计，并通过实验验证其测量精度和稳定性。
一、系统设计本系统设计使用STC89C52单片机作为控制核心，热敏电阻作为测量元件，LCD1602液晶显示屏作为温度显示设备。
1.系统原理图2.功能模块设计(1)温度采集模块：温度采集模块主要由热敏电阻和AD转换模块组成。
热敏电阻是根据温度变化而改变阻值的元件，它与AD转换模块相连，将电阻变化转换为与温度成正比的电压信号。
(2)AD转换模块：AD转换模块将热敏电阻的电压信号转换为数字信号，并通过串口将转换结果传输给单片机。
在该设计中，使用了MCP3204型号的AD转换芯片。
(3)驱动显示模块：驱动显示模块使用单片机的IO口来操作LCD1602液晶显示屏，将温度数值显示在屏幕上。
(4)温度计算模块：温度计算模块是通过单片机的计算功能将AD转换模块传输过来的数字信号转换为对应的温度值。
根据热敏电阻的特性曲线，可以通过查表或采用数学公式计算获得温度值。
二、系统实现1.硬件设计(1)单片机电路设计单片机电路包括单片机STC89C52、晶振、电源电路等。
根据需要，选用合适的外部晶振进行时钟信号的驱动。
(2)AD转换电路设计AD转换电路采用了MCP3204芯片进行温度信号的转换。
根据芯片的datasheet，进行正确的连接和电路设计。
(3)LCD显示电路设计LCD显示电路主要由单片机的IO口控制，根据液晶显示模块的引脚定义，进行正确的连接和电路设计。
(4)温度采集电路设计温度采集电路由热敏电阻和合适的电阻组成，根据不同的热敏电阻特性曲线，选择合适的电阻和连接方式。
2.软件设计(1)初始化设置：单片机开机之后，需要进行一系列的初始化设置，包括对IO口、串口和LCD液晶显示屏的初始化设置。
目录1 课程设计的目的 (1)2 课程设计的任务和要求 (1)3 设计方案与论证 (1)4 电路设计 (2)4.1 温度测量电路 (3)4.2 单片机最小系统 (6)4.3 LED数码显示电路 (8)5 系统软件设计 (9)6 系统调试 (9)7 总结 (11)参考文献 (13)附录1：总体电路原理图 (14)附录2：元器件清单 (15)附录3：实物图 (16)附录4：源程序 (17)1 课程设计的目的（1）掌握单片机原理及应用课程所学的理论知识；（2）了解使用单片机设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题；（3）学习单片机仿真、调试、测试、故障查找和排除的方法、技巧；（4）培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度；（5）锻炼自己的动手动脑能力，以提高理论联系实际的能力。
2 课程设计的任务和要求（1）采用LED数码管显示温度；（2）测量温度范围为-10℃~110℃；（3）测量精度误差小于0.5℃。
3 设计方案与论证方案一：本方案主要是在温度检测部分利用了一款新型的温度检测芯片DS18B20，这个芯片大大简化了温度检测模块的设计，它无需A/D 转换，可直接将测得的温度值以二进制形式输出。
该方案的原理框图如图3-1所示。
DS18B20是美国达拉斯半导体公司生产的新型温度检测器件，它是单片结构，无需外加A/D即可输出数字量，通讯采用单线制，同时该通讯线还可兼作电源线，即具有寄生电源模式。
它具有体积小、精度易保证、无需标定等特点，特别适合与单片机合用构成智能温度检测及控图3-1方案一系统框图方案二：温度检测部分采用传统的热敏电阻，热敏电阻的阻值随环境温度变化而变化，将热敏电阻与固定电阻串联后分压，经A/D转换器将其转换为单片机可识别得二进制数字量，然后根据程序查表得到温度值，单片机主要控制LED显示器显示正确的温度值，并根据设置的上下限控制继电器动作，从而控制外部负载。
该方案的原理框图如图3-2所示。
图3-2方案二系统框图方案一与方案二的主要区别在温度检测部分，方案一主要利用DS18B20这块芯片进行温度检测，并将采集到的模拟量转换为单片机识别的二进制数。
方案二是采用热敏电阻检测温度，然后利用A/D转换器将温度模拟量转换为二进制数供单片机处理。
它最大的特点就是它能检测的温度范围很大，热敏电阻的性能决定了整个设计的所能检测的温度范围。
方案一的温度检测范围已经由系统中的DS18B20的特性所决定，它能检测的温度范围为-55℃到120℃，其温度检测范围很宽，已能足够满足一般测量需要，方案一是利用现有的智能温度传感芯片DS18B20，无需A/D转换，直接输出数字量，从整体上来看方案二比方案一更具有实际的锻炼意义，所以本设计采用方案二。
4 电路设计系统硬件电路主要包括3个部分：（1）温度测量电路；（2）单片机最小系统；（3）LED数码显示电路。
4.1 温度测量电路温度测量电路主要由ADC0809、TL431、热敏电阻和电阻组成。
TL431是一个由良好的热稳性能的三端可调分流基准电压源。
它的输出电压用两个电阻就可以任意设置到 2.5V 到36V 范围内的任何值。
该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如数字电压表、运放电路、可调电压源、开关电源等等。
在此电路中，它用于给ADC0809和热敏电阻提供可调电压。
电路中的热敏电阻作为测温元件，它是利用感温元件（导体）的电阻随温度变化的性质，将电阻的变化值用显示仪表反映出来，从而达到测温的目的。
导体测温元件，它与热电阻的温阻特性刚好相反，即有很大负温度系数，也就是说温度升高时，其阻值降低。
它们的关系为011()B T T T T R R e-= (4-1)式（4-1)中 R T －在温度T(K)时的电阻值； R T0：在温度T 0(K)时的电阻值； E ：自然对数的底数；B ：与热敏电阻特性有关的系数； T ：被测温度；T 0与热敏电阻有关的温度参数。
根据这一公式，如果能测得热敏电阻两端的电压，并知道参数T 0和B ，则可以计算出热敏电阻的环境温度，即：被测温度，就这样就把电阻随温度的变化关系转变为电压随温度变化的关系。
系统中的A/D 转换电路，负责将的温度测量电路中输出的模拟电压信号转化为可供单片机识别的数字信号。
主要采用ADC0809串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D 转换过程。
由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O 资源；且价格适中，分辨率其管脚图如图引脚功能如下。
IN0～IN7：8路模拟量输入端。
OUT1～OUT8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。
ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。
当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLOCK：时钟脉冲输入端。
REF（+）、REF（-）：基准电压。
VCC：电源，单一+5V。
GND：地。
ADC0809工作过程：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。
此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。
START上升沿将逐次逼近寄存器复位。
下降沿启动A/D转换，之后EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。
直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。
当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。
数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。
为此可采用下述三种方式。
（1）定时传送方式对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。
例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。
可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。
（2）查询方式A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC 端。
因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。
（3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。
不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。
首先，送出出口地址，并且在信号有效时，即OE信号有效，把转换数据送到数据总线，供单片机接收。
利用热敏电阻和电阻串联，用TL431制作4V电压用于A/D的参考电压和热敏电阻的供电，R7是分压电阻，R9是可调电位器，用于调节TL431的输出电压。
当温度升高时，R8热敏电阻的阻值变小，串联的30k的电阻两端的电压就会升高，ADC0809采集到电压信号经过转换后将数字量传输给单片机。
温度测量电路图如图4-2所示。
图4-2 温度测量电路4.2 单片机最小系统STC89C51是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有4K 可编程Flash，其引脚如图4-3所示。
STC89C52图4-3 STC89C51的引脚图单片机的最小系统由时钟电路和复位电路组成。
时钟电路：此系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。
STC89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。
引脚X1和X2分别是此放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。
外接晶体谐振器以及电容C2和C3构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。
时钟电路图如图4-4所示。
3333333322复位电路是复位引脚RST 通过一个施密特触发器与复位电路相连，施3938373635343332101112131417161528212223242526274. 3 描的方法。
在该接法中，用到单片机的P0和P1口，其中P0作为输出口；电路中利用三极管驱动数码管，用电阻起到限流作用，使得数码管亮度适中，其电路图如图4-6所示。
图4-6 LED数码显示电路图5 系统软件设计系统程序主要包括初始化、温度采集、数据处理和显示温度四部分。
该电路设计的程序流程图如图5-1所示。
图5-1 程序流程图温度采集和数据处理部分主要由热敏电阻、数模转换器ADC0809、单片机及四位共阳数码管组成。
通过测得热敏电阻阻值，利用热敏电阻阻值与电压的对应关系，将热敏电阻阻值转化为输出电压，ADC0809采集输出的电压信号，并将采集的电压信号转换为数字信号，传送给单片机，由单片机P0口输出，最后由四位共阳数码管采用动态扫描方式显示温度。
6 系统调试在整个调试过程中首先应注意各个模块的供电问题，其中单片机和A/D等芯片使用5V电压供电。
由热敏电阻构成的测温部分和A/D的参考电压输入端则使用+4V电压供电，表6-1为系统的调试数据。
表6-1 系统调试数据热敏电阻输出电压理论测量温度实际测量温度3.23V -6℃-7℃3.67V -3℃-3℃3.8V 18℃18℃调试结果如图6-1、图6-2、图6-3所示。
图6-1 调试结果一图6-2 调试结果二图6-3 调试结果三7 总结经过一周的课程设计，通过对热敏电阻的数字温度计系统的设计过程及计算得出如下结论。
设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电路相关知识的熟练掌握。
设计电路时，将总体的功能分成若干个部分来实现，是简化电路设计思路的很好方法；且搞清各个模块的功能与实现要求操作的具体方法，对电路故障的检查也是很有帮助。
通过这次设计，学到了很多东西，如查找资料，设计比较，从各种图中提取所需。
焊接时学到了好多，如如何在一定大小的板子上正确摆放好芯片，如何布线等等，调试时也是，知道了用工具如万用表来检查、修复故障。
本设计对有限温度范围内的温度测量具有较高的精度，在这过程中，感谢老师和同学对我们的帮助，程序经过无数次地调试，实现了测量温度显示。
在做实物的过程中，我们在焊接时还是谨小慎微，但是由于焊接时引脚短路的问题导致实物没出来现象。
学会了用Proteus 软件的应用。
在以后的学习中更加地完善自己，努力提升自己。
参考文献[1]杨素行．模拟电子技术基础[第3版]．北京：高等教育出版社，2006．[2] 阎石．数字电子技术基础[第5版]．北京：高等教育出版社，2006．[3]赵茂泰．智能仪器原理及应用[第3版]．北京：电子工业出版社，2009．[4]郭天祥．51单片机C语言教程．北京：电子工业出版社，2006．[5]张忠梅．单片机的C语言应用程序设计[第4版]．北京：北京航空航天大学出版社，2006．[6]李朝青．单片机原理及接口技术[第3版]．北京：北京航空航天大学出版社，2006．[7]孙有才．新型AT89S51系列单片机及其应用．北京：清华大学出版社，2001．[8]姚福安．电子电路设计与实践．济南：山东科学技术出版社，2009．[9] 李青．电路与电子技术基础．杭州：浙江科学技术出版社，2004．附录1：总体电路原理图附录2：元器件清单附录3：实物图附录4：源程序//程序头函数#include <reg52.h>//宏定义#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define Data_ADC0809 P1//管脚声明//ADC0809sbit ST=P3^3;sbit EOC=P3^4;sbit OE=P3^2;//显示数组0-9H, L, -ucharData_[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x76,0x38,0x40};uchar code Data_T[]={//AD数值对应的温度0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,/*0-11*///此范围内为无效值，读到的数据为---70x89,0x88,0x87,0x86,0x85,0x84,0x83,0x82,0x81,/*12-20*/ //此范围内为负温度值-9~-10,1,2,3,4,5,6,6,7,8, /*21-30*/ //以下为正温度0-1119,9,10,11,11,12,13,13,14,15, /*31-40*/15,16,17,17,18,18,19,19,20,21,/*41-50*/21,22,22,23,23,24,24,25,25,26, /*51-60*/26,27,27,28,28,29,29,30,30,30, /*61-70*/31,31,32,32,33,33,33,34,34,35, /*71-80*/35,36,36,36,37,37,38,38,39,39, /*81-90*/39,40,40,41,41,42,42,42,43,43, /*91-100*/44,44,44,45,45,46,46,47,47,47, /*101-110*/48,48,49,49,49,50,50,51,51,51, /*111-120*/52,52,53,53,54,54,54,55,55,56, /*121-130*/56,57,57,57,58,58,59,59,60,60, /*131-140*/60,61,61,62,62,63,63,64,64,65, /*141-150*/65,65,66,66,67,67,68,68,69,69, /*151-160*/70,70,71,71,72,72,73,73,74,74, /*161-170*/75,75,76,76,77,78,78,79,79,80, /*171-180*/80,81,82,82,83,83,84,85,85,86, /*181-190*/87,87,88,89,89,90,91,91,92,93, /*191-200*/94,94,95,96,97,98,99,99,100,101,/*201-210*/102,103,104,105,106,107,108,109,110,111 /*211-220*/};sbit Wei1 = P2^7;sbit Wei2 = P2^6;sbit Wei3 = P2^5;sbit Wei4 = P2^4;//函数声明void Display(uchar Data);uint temp,temp1;uchar p;//ADC0809读取信息uchar ADC0809(){uchar temp_=0x00;//初始化高阻太OE=0;//转化初始化ST=0;//开始转换ST=1;ST=0;//外部中断等待AD转换结束while(EOC==0);//读取转换的AD值OE=1;temp_=Data_ADC0809;OE=0;return temp_;}//延时void delay(uint t){uint i,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<10;j++);}void main(){uchar i;uint pp;while(1){for(i=0;i<50;i++){temp=ADC0809();pp=pp+temp;Display(temp1);}temp1=pp/50;pp=0;temp1=Data_T[temp1];for(p=0;p<50;p++)Display(temp1);}}//显示Data表示数据void Display(uchar Data){Wei1=1;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;P0=0xff;if(Data>128){Data=Data-128;P0=~Data_[12];Wei1=0;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;delay(10);Wei1=1;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;P0=~Data_[Data/10]; Wei1=1;Wei2=0;Wei3=1;Wei4=1;delay(10);Wei1=1;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;P0=~Data_[Data%10]; Wei1=1;Wei2=1;Wei3=0;Wei4=1;delay(10);Wei1=1;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;P0=0xa7;Wei1=1;Wei2=1;Wei3=1;delay(10);Wei1=1;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;}else if(Data<128){if(Data/100==0)P0=0xff;elseP0=~Data_[Data/100];Wei1=0;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;delay(10);Wei1=1;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;P0=~Data_[Data/10%10];Wei1=1;Wei2=0;Wei4=1;delay(10);Wei1=1;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;P0=~Data_[Data%10]; Wei1=1;Wei2=1;Wei3=0;Wei4=1;delay(10);Wei1=1;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;P0=0xa7;Wei1=1;Wei2=1;Wei3=1;Wei4=0;delay(10);Wei2=1;Wei3=1;Wei4=1;}}。
