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半导体温度传感器应用设计 班级：09测控01班 学号： 0941050123 姓名： 杨亚军 一. 设计任务 利用温度传感器和热电偶设计制作一个温度测量系统。 二. 设计目的 通过本课程设计，使学生更进一步了解有关温度传感器的工作原理、加工工艺相关知识。 综合运用其它先修课程的理论和实践知识，制定设计方案，确定温度传感器的型号等参数，掌握温度的检测方法。 通过本课程设计，使学生掌握模拟信号获取、传输、处理及检测的一般方法。 通过本课程设计，学生学会应用温度传感器组建一个简单测量系统，提高学生的动手能力。 通过计算、分析、绘图，能运用标准，规范，手册和查阅有关资料等，培养仪表设计的基本技能，为毕业设计奠定良好的基础。 三. 设计要求 参考下面的利用半导体温度传感器AD590和单片机技术设计制作一个显示室温的数字温度计的设计提示与分析。请自选另外型号的温度传感器来进行设计。 设计内容包括： 详细了解所选用的温度传感器的工作原理，工作特性等。 设计合理的信号调理电路。 列出制作该装置的元器件，制作实验板，并调试运行成功。 详细的设计说明书一份。 四. 设计提示与分析 1 AD590温度传感器简介 AD590是一种集成温度传感器（类似的芯片还有LM35等），其实质是一种半导体集成电路。它利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VRE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测。 式中，k是波耳兹曼常数；q是电子电荷绝对值。 集成温度传感器的线性度好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K（温度变化热力学温度1度输出变化10mV），温度0K时输出0，温度25℃时输出2.9815V。电流输出型的灵敏度一般为1μA/K，25℃时输出298.15μA。 AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端温度传感器。它主要特性如下： 流过器件电流的微安数等于器件所处环境温度的热力学温度（开尔文）度数，即 式中，IT为流过器件（AD590）的电流，单位为μA；T为温度，单位为K。 AD590的测量范围为-55~+150℃。 AD590的电源电压范围为4~30V。电源电压从4~6V变化，电流IT变化1μA，相当温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V的反向电压。因而器件反接也不会损坏。 输出电阻为710MΩ。 AD590在出厂前已经校准，精度高。AD590共有I、J、K、L、M五挡。其中M档精度最高，在-55~+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。I档误差较大，误差为±10℃，应用时应校正。 由于AD590的精度高、价格低、不需辅助电源、线性度好，因此常用于测量和热电偶的冷端补偿。 2 测温电路 传感器前端信号调理如图1-1所示。要求的测量范围为室温，这里定为0~80℃。0℃时，A点输出电压为273.2mV；80℃时，A点输出电压为(273.2+80)mV。调整B点的电压使之为273.2mV，这样就可以得到差分电压信号VAB与温度的关系为1mV/℃。经过传感器前端调整后的信号VAB要经过放大才能够被单片机采样。图中LM336提供2.5伏参考电压源。 图1-1 AD590信号调理电路 表1-1 测量数据在系统中流程变化 温度℃ 0 80 VAB差分信号mV 0 80 放大后信号V 0 2 单片机采样结果 0 2/2.5*255=204 单片机显示 0 240*80/204=80 这里预定采用通用MCS-51单片机和ADC0809芯片进行数据采样、处理。ADC0809是一个8通道8位ADC芯片，预计采样为0~5V的标准信号，对应采样结果为0~255。基本能满足设计要求（范围0~80度，误差为±1℃）。信号数据在测量系统中流程变化如表1-1所示。 表1-1中，假定放大后温度信号数据取值范围为0~2V；单片机接入通道参考电压为2.5V，故0~2.5V的信号相应地被转换为0~255这256个数据；单片机显示温度数据等于单片机采样结果乘上80后再除去204。 这里要求出差分电压信号VAB放大成为预采样为0~2V的标准信号的增益。 放大器可选用LM 318、LM741、121等Op Amp。我们实 验室有一种更好使用的放大器AD620（在一般信号放大的应 用中通常只要透过差动放大电路即可满足要求。然而基本的 差动放大电路精密度较差，且差动放大电路上改变放大增益 时，必须调整两个电阻，影响整个信号放大精确度就更加复 图1-2 AD590芯片引脚图 杂。仪表放大器则无上述的缺点。简单地说就是使用方便简 单，缺点是价格高）， 这里就采用该芯片作为我们的放大器。该芯片引脚如图1