温度传感器 温度传感器采用补偿型热敏电阻其主要性能如下 补偿型热敏电阻值误差范围小，对于阻值误差范围在的产品，其致 性互换性良好。适合于般精度的温度测量和计量设备。 外型结构和尺寸 图温度传感器结构尺寸图 主要技术参数 时间常数 测量功率 使用温度范围 耗散系数 额定功率 ④降功耗曲线 图温度传感器功耗曲线图 核心处理单元单片机 单片机主要性能盛方整理版权归作者所有第页共页 单片机温度控制系统软件结构图如图所示。 图单片机温度控制系统软件结构图 检测与变送转换工程量变换温度非线性转 换 发送数据到串口 比较判断算法 温度预设值温度 调节 电路 执行器 从串口接受数据 命令识别控制程序盛方整理版权归作者所有第页共页 引言 随着信息时代的到来，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进 步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为 衡量个国家科学技术发展水平的重要标志之。因此，了解并掌握各类传感器的基本 结构工作原理及特性是非常重要的。 由于传感器能将各种物理量化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以 利用计算机实现自动测量信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非 线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。 因此，不仅必须掌握各类传感器的结构原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适 当的接口电路调 显示模块和温度调节驱动电路六个部分。文中对每个部分功能实现过程作了详细介绍。 整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。 盛方整理版权归作者所有第页共页 设计要求 控制要求 生物繁殖培养液的温度要保证在适于细胞繁殖的温度内，这主要在控制程序 设计中考虑。温度控制范围为，升温降温阶段的温度控制精度要求为度， 保温阶段温度控制精度为度。 图温度控制曲线 微机自动调节正常情况下，系统投入自动。 模拟手动操作当系统发生异常，投入手动操作。 微机监控功能显示当前被控量的设定值实际值，控制量的输出。 受控对象的数学模型 生物繁殖的培养液主要用于生物的繁殖研究，而温度是影响生物繁殖的重要因素。 本系统要求长时间监视培养液的温度，并对当前的温度进行控制。本控制对象为生物繁 殖用培养液，采用继电器进行控制。 系统的硬件配置 单片机和系统总线 单片机为美国公司生产的带转换的位单 片机。 显示系统商用计算机。 用户内存整才能满足信号的处理显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应 用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合 起来，适应传感器的生产研制开发和应用。另方面，传感器的被测信号来自于各 个应用领域，每个领域都为了改革生产力提高工效和时效，各自都在开发研制适合应 用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重 要的类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。 为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用 途，基于实用广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而 开发设计了这温度监控系统。文中传感器理论单片机实际应用有机结合，详细地讲述 了利用热敏电阻作为热敏传感器探测环境温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。 本设计应用性比较强，设计系统可以作为生物培养液温度监控系统，如果稍微改装 可以做热水器温度调节系统实验室温度监控系统等等。课题主要任务是完成环境温度 检测，利用单片机实现温度调节并通过计算机实施温度监控。设计后的系统具有操作方 便，控制灵活等优点。 本设计系统包括温度传感器，转换模块，输出控制模块，数据传输模块，温度盛方整理版权归作者所有第页共页 温度控制系统的组成框图 采用典型的反馈式温度控制系统，组成部分见图。其中数字控制器的功能由单 片机实现。 图温度控制系统的组成框图 培养皿的传递函数为，，其中为电阻加热的时间常 数，为电阻加热的纯滞后时间，为采样周期。 转换器可划归为零阶保持器内，所以广义对象的传递函数为  广义对象的传递函数为  所以系统的闭环传递函数为  系统的数字控制器为  压经过转换后的数字量与培 养皿内的温度给定值数字化后进行比较，即可得到实际温度和给定温度的偏差。培养皿 内的温度设定值由单片机中程序设定。由 单片机构成的数字控制器进行比较运算，经过比较后输出控制量控制由加热 和降温电路构成的温度调节电路对培养皿中的培养液温度进行调节。同时通过电平转换 电路把当前温度传输到商用计算机的串口中，由计算机动态的显示培养皿中的温度，正 常情况下温度控制由单片机自动控制。必要时，计算机也可以 通过软件来强制改变培养皿中温度。 单片 机 加热控 制电路 高阻抗加 热丝 降温控 制电路 半导体降 温片 温度传感器 培 养 皿 电平 到 电平 转换 电路 商用 计算 机显 示终 端盛方整理版权归作者所有第页共 页 温度控制系统软件设计  写成差分方程即为   令  ，盛方整理版权归作者所有第页共页 ， 得 式中第次采样时的偏差 第次采样时的偏差 第次采样时的偏差 盛方整理版权归作者所有第页共 页 温度控制系统结构图及总述 图温度控制系统结构图 图中温度传感器和单片机中的转换器构成输入通 道，用于采集培养皿内的温度信号。温度传感器输出电行速度时钟输入。 指令周期。 个程序存储器。 个数据存储器字节。 引脚输出和兼容。 中断能力达到个中断源。 级深度的硬件堆栈。 直接，间接和相对寻址方式。 上电复位。 上电定时器和震动启动定时器。 监视定时器，它带有片内可靠运行的振荡器。 可编程的代码保护。 低功耗睡眠方式。 可选择的振荡器。 低功耗，高速工艺。 全静态设计。 在线串行编程。 单独的内部电路串行编程能力。 处理机读写访问程序存储器。 运行电压范围到。 高输入输出电流。 商用，工业用温度范围。 低功耗 在，时典型值小于。 在，时典型值小于。 典型的静态电流值小于。 外围特征 带有预分频的位定时器计数器。 带有预分频的位定时器计数器，在使用外部晶体时钟时在 期间仍能工作。 带有位周期寄存器，预分频和后分频器的位定时器计数器 个捕捉器，比较器和模块。盛方整理版权归作者所有第页共页 其中捕捉器是位的，最大分辨率为。 比较器是位的，最大分辨率为。 最大分辨率为是位。 位多通道模数转换器。 带有主模式和主从模式的。 带有位地址探测的通用同步异步接收发送。 带有，和控制只引脚位字宽的并行从端口。 带有降压的复位检测电路。 接口电路 计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二 种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少成本低，特别是在远程传输时，避免了多 条线路特性的不致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用个标准接 口，使不同的设备可以方便地连接起来进进行温度监控，故太快的温度变化对生物繁殖显 图半导体降温片外观图 本控制系统是对生物培养液进行温度监控，过快的温度变化对生物繁殖显然是不 利的，因此在本系统中采用的是高阻抗小功率加热电阻丝进行温度的小范围调节。 正视图 侧视图个功能 组，包括条数据线，条控制线，条定时线，条备用线和未定义线。 操作系统。 盛方整理版权归作者所有第页共页 硬件介绍 计算机工作的外围电路设备 温度传感器 温度传感器采用补偿型热敏电阻其主要性能如下 补偿型热敏电阻值误差范围小，对于阻值误差范围在的产品，其致 性互换性良好。适合于般精度的温度测量和计量设备。 外型结构和尺寸 图温度传感器结构尺寸图 主要技术参数 时间常数 测量功率 使用温度范围 耗散系数 额定功率 ④降功耗曲线 图温度传感器功耗曲线图 核心处理单元单片机 单片机主要性能盛方整理版权归作者所有第页共页 具有高性能 仅有条单字指令。 除程序指令为两个周期外，其余的均为单周期指令。 运行单片机温度控制系统软件结构图如图所示。