#物联网感知实验#热敏电阻传感器项目

??常用的Pt三线制和两线制是电阻接法的优点PT100两侧相等的导线长度分别加在桥臂两侧，消除导线电阻。常用的采样电路有两种:一种是桥式温度测量电路，另一种是恒流源温度测量电路。 ??本设计采用恒流源测温电路。电路接线图如图所示 ??? ??输出信号U=IR(I=2.55mA，R是pt100的电阻)。 ??输出电压U的范围为0.2048v~0.3628v。电压变化0.1580v。

??A/D转换是模数转换（Analog to Digital Conversion），输入模拟量(如电压信号)，输出与模拟量对应的数字量(通常是二进制)。 ??例如，参考电压VREF为5V，当输入电压为0时，使用8位模数转换器V当输出的数量为0万 当输入电压为50000时，V输出量为11111 1111。当输入电压从0V到5V在变化过程中，输出的数0000 0000到1111 1111变化。这样，每个输入电压值对应一个输出数量，即实现模数转换。

??分辨率是指输入模拟量在输出数字量变化1时，即输出数字量变化相邻数字所需输入模拟量的变化值。 ??分辨率与A/D转换器的位数有一定的关系，可以表示为FS / 2 n 。FS表示满量程输入值，n为A/D转换器的位数。 ??例如，对于5V满量程为4位ADC分辨率为5V/16=0.3125V (也就是说，当输入的电压值增加0时.3125V，输出数量增加1)；使用8位ADC分辨率为5V/256＝19.5mV(也就是说，当输入的电压值增加19时.5mV，当使用12位时，输出数量增加1)；ADC时，分辨率则为5V/4096＝1.22mV(也就是说，当输入的电压值增加1时.22mV ，输出数量增加1)。显然，位数越多，分辨率越高。

??如图所示，ADC0804工作时间图(Timing Diagrams)： ??图中给出的实际上是使用ADC0804正确工作的软件编程模型。从图中可以看出，一次实现ADC转换主要包括以下三个过程： ??1.启动转换:图2-5中上部FIGURE 10A可以看出，当信号为低电平时，引脚先由高电平变为低电平，至少经过tW(WR)I 延迟后，将引脚拉成高电平，即启动一次AD转换。 ??注：ADC0804使用手册给出正常启动AD转换的低电平保持时间tW(WR)I的最小值为100ns,延迟大于1000ns可以插入具体做法NOP指令或调用delay()只要插入的延迟大于100，延迟函数就不必太准确ns即可。 ??2.延迟等待转换结束：图2-5中的上部仍然FIGURE 10A”可知，由拉低信号启动AD采样后，经过1-8次采样Tclk INTERNAL Tc延时后，AD因此，在转换结束时，必须在开始转换后添加延迟AD采样结束。 ??注：手册中给出了内部转换时间INTERNAL Tc时间范围为62~73个始终周期，所以延迟等待时间应至少为8 73=81时钟周期。例如，如果R是150K, C为150pF，时钟频率为Fclk=1/1.1RC=606KHz,因此，时钟周期约为Tclk=1/Fclk=1.65us。所以这一步至少应该延迟81*Tclk=133.65us. 具体做法可插入NOP指令或调用delay()只要插入的延迟大于133.65us即可。 ??3.读取转换结果:图2-5的下部FIGURE 10B”可知采样转换完毕后，在信号为低的前提下，将脚由高电平拉成低电平后，经过tACC的延时即可从DB脚读出有效的采样结果。 注：手册中给出了tACC的典型值和最大值分别为135ns和200ns，因此将引脚拉低后，等待大于200ns后即可从DB读出有效的转换结果。具体做法可通过插入NOP指令或者调用delay()延时函数实现，不用太精确，只要估计插入的延时大于200ns即可。   对采样值进行运算变换，换算出实际的滑动变阻器输入电压值。   对于任何一个A/D采样器而言，其转换公式如下：          其中:   Vout:输入ADC的模拟电压值。   Dsample：ADC转换后的二进制值。本试验的ADC0804为八位。   Dmax：ADC能够表示的刻度总数。ADC0804为八位ADC,因此          Vref：ADC参考电压值，本试验ADC0804的Vref被设置为5V   因此，对于本试验，转换公式为       

  LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图2-7所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。这个是最常用的运算放大器1，2，3脚是一组5，6,7脚是一组，8，9，10脚是一组，12，13,14脚是一组，剩下的两个脚是电源，1，7,8,14是各组放大器的输出脚，其它的就是输入脚。                   

  ADC0804的分辨率度是5/255=0.0196。要使精度达到0.5℃，温度增加1℃时ADC至少要增加1。pt100温度在-50℃~110℃输出电压变化范围要大于5*160/255=3.138。 所以模拟信号应在3.138v~5v之间。所以放大倍数应该大于3.138/0.1580=19.9小于5/0.1580=31.6。所以设计放大25倍。   用LM324设计放大25倍电路。

  在图2-8中R6、R7是比例电阻。3是输入端1是输出端U=U0（1+R7/R6），放大倍数A=U/U0=25。

  常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。每一段对应一个发光二极管。有共阳极和共阴极两种，如图2-9所示。共阴极发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。当阳极为高电平时，发光二极管发光。   同样，共阳极发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管发光，显示相应的段。   LED数码管中还有一个圆点型发光二极管（在图中以dp表示），用于显示小数点。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示各种数字。   为了使数码管显示不同的符号或数字，实际上是确定哪些段发光、哪些段不发光，就要为LED数码管提供段码（字型码）。   LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a”段对应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表

  按照上述格式，显示各种字符的8段LED数码管的段码如表所示

代码如下：

#include<reg51.h>
#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ad0_7 P1 //AD数据口

sbit         cs=P2^4;      //片选信号，低电平有效，控制芯片的启动和结果读取

sbit         rd=P2^7;        //读数据控制，低电平有效

sbit         wr=P2^6;         //AD启动控制，上升沿有效

sbit         intr=P2^5;       //AD转换完成输出低电平

uchar i;
uchar led[11]={ 
         0x3F,  //"0"
                0x06,  //"1"
                0x5B,  //"2"
                0x4F,  //"3"
                0x66,  //"4"
                0x6D,  //"5"
                0x7D,  //"6"
                0x07,  //"7"
                0x7F,  //"8"
                0x6F,  //"9"
				0x40,   //"-"
				};
	uchar dat_AD[4]={ 
        0};
  
//启动AD转换子程序//
void start_ad(void)
{ 
               cs=0;                 //允许AD
        wr=0;
        _nop_();
         wr=1;                //WR由低变高时启动AD转换
        
        while(intr);          //等待转换完成，低电平有效
        cs=1;                 //停止AD转换
}
 read_ad()
{ 
               uint ad_data;
        ad0_7=0xff;
        cs=0;                 //允许读 
        rd=0;                 //读取转换数据结果
        _nop_();
        ad_data=ad0_7;         //把数据存到AD——data中
        rd=1;cs=1;            //停止读取AD
        return(ad_data);
}
// 数据处理函数
//实际测量当0度时，AD数据为133，所以数据处理时判断AD数据和133的大小来识别正负温度。
//由于ADC芯片精度不够，所以测量时有误差，8位AD的分辨率为19.5mV，约为20mV，
//放大电路输出的电压，温度每变化一度，电压变化只有10mV左右，所以测量有误差，
//以下温度和AD数据的计算公式为实测数据后线性拟合得到的，实际线性拟合得到公式为：y=0.503x+133.63.
//因为AD数据为0-255的整数，所以公式简化为以下计算方式
void data_shout(uint ad_data)
{ 
              
         float  temp;
         uint T;

		if(ad_data<79)
               { 
        
                   temp=614.422-7.811*ad_data;
		 T=(uint)temp;
                 dat_AD[0]=10;
               }	                    //负温度 dat_AD[0]中为温度符号数据
 		else if(ad_data<=204)
               { 
        
                   temp=7.990*ad_data-628.491;
	         T=(uint)temp;
                 dat_AD[0]=T/1000;
               }	                     //正温度

		else if(ad_data>204)
               { 
        
                 temp=8.124*ad_data-655.742;
	         T=(uint)temp;
                 dat_AD[0]=T/1000;
               }		                        //ad_data=T;
		
      	 dat_AD[1]=T%1000/100;              //温度值的十位
         dat_AD[2]=T%100/10;          //2温度值的个位
         dat_AD[3]=T%10;          //温度值的小数位

}
//显示函数
void disp(){ 
        

	switch(i){ 
        
		case 0: P0=0xfe;P3=led[dat_AD[0]];i++;break;	 //显示符号位
		case 1: P0=0xfd;P3=led[dat_AD[1]];i++;break;
		case 2: P0=0xfb;P3=led[dat_AD[2]]|0x80;i++;break;
		case 3: P0=0xf7;P3=led[dat_AD[3]];i=0;break;

	}
}

//定时器初始化
//用作数码管显示的刷新
void t0init(){ 
        
	TMOD=0x01;
	TH0=(65535-2000)/256;	   //定时20ms时间
	TL0=(65535-2000)%256;
	EA=1;
	ET0=1;
	TR0=1;
}
 //定时器中断函数，在中断中刷新数码管显示
 void Time0(  ) interrupt 1{ 
        
 	TH0=(65535-2000)/256;
	TL0=(65535-2000)%256;
	disp();
 } 

//主函数
void main(void){ 
         
	 t0init();	  //初始化
     while(1){ 
        
        start_ad();             //开始AD
        data_shout(read_ad());           //数据处理
     }
}

• 按照前文所述，我们可以连接出热敏电阻传感器项目的原理图，如图所示。
• 将程序加载到芯片中，运行。如图，温度成功显示在LED屏上。