您好,欢迎来到捷配电子市场网 登录 | 免费注册

基于LM35温度传感器的温控系统设计

出处:网络整理 发布于:2018-01-31 | 219 次阅读

  本设计介绍了一种应用LM35温度传感器开发的温控系统,重点阐述了系统结构、工作原理以及采样值量化。同时对LM35传感器特性、系统硬件电路设计、软件设计也作了介绍。该系统体积小、成本低、工作可靠,具有很高工程应用价值。系统稍加改动或扩展,还可以完成温度测量等功能。

  1、lM35温度传感器

  LM35是NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一,它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围,该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而,从使用角度来说, LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处,LM35无需外部校准或微调,可以提供±1/4℃的常用的室温精度。

  1)工作电压:直流4~30V;

  2)工作电流:小于133μA

  3)输出电压:+6V~-1.0V

  4)输出阻抗:1mA负载时0.1?;

  5)精度:0.5℃精度(在+25℃时);

  6)漏泄电流:小于60μA;

  7)比例因数:线性+10.0mV/℃;

  8)非线性值:±1/4℃;

  9)校准方式:直接用摄氏温度校准;

  10)封装:密封TO-46晶体管封装或塑料TO-92晶体管封装;

  11)使用温度范围:-55~+150℃额定范围。 引脚介绍:

  ①正电源Vcc;

  ②输出;

  ③输出地/电源地。

  2、系统结构及工作原理

  温控电路由传感器电路、信号调理电路、A/D采样电路、单片机系统、输出控制电路、加温电路构成。电路基本工作原理:传感器电路将感受到的温度信号以电压形式输出到信号调理电路,信号经过调理后输入到A/D采样电路,由A/D转换器将数字量值送给单片机系统,单片机系统根据设计的温度要求判断是否需要接通加温电路。本文设计时以0℃为判别依据,当温度量值低于或等于0℃时,使加温电路接通。当温度量值高于0℃时,加温电路停止工作。

  基于LM35温度传感器的温控系统设计

  从图1中可以看出,无论是何种原因导致环境温度低于0℃,单片机系统将输出相应的逻辑电平(本例设计为低电平),经驱动后控制输出电路的继电器闭合,使加温电路工作。此系统是一个开环控制系统。

  3、核心硬件电路设计及采样值量化

  传感器电路采用核心部件是LM35AH,供电电压为直流15V时,工作电流为120mA,功耗极低,在全温度范围工作时,电流变化很小。电压输出采用差动信号方式,由2、3引脚直接输出,电阻R为18K普通电阻,D1、D2为1N4148。如图2。此电路适用于测温范围为-55~+150℃场合。如果测温范围变化,可以对此电路作一些调整。笔者曾单独对此电路做过温度试验,把传感器放在温变循环箱中,每隔5℃作为一个测试点,观测并记录输出电压(测试数据和U-T曲线限于篇幅,从略),试验结果表明LM35AH的线性度是令人满意的。

  信号调理电路主要完成对传感器信号放大和限幅的功能,将传感器电路输出的变化范围为2V左右的直流电压,调理为±10V直流电压,运放采用LF412。A/D采样电路选用12位AD转换器AD574。单片机系统以AT89C55为CPU,外接锁存器及输出驱动电路。输出电路使用松下PhotoMOS继电器AQZ202,来控制加温电路的通断。加温电路采用功率电阻加温的方法,单独设计一块加温板,电阻采用“串联+并联”的方式,总阻值为14Ω左右,供电电压为直流28V,整板加温功率为50W。

  基于LM35温度传感器的温控系统设计

  采样值的准确量化是温控电路正常工作的关键,这里采用以下换算办法来进行量化。

  设经过信号调理后的电压为Ui,则-10V≤Ui≤10V,已知-10V对应的温度为-55℃,10V对应的温度为125℃,易求得比例因数Kt=0.111V/℃。

  温度为0℃时,ΔT=55℃(即相对于-55℃的变化量)。 Ui=-10V+ΔT·Kt=-10V+55℃&mes;0.111V/℃=-3.895 V。 Ui转换为数字量后,每个数字量对应电压值为4.883mV,(由12位AD,满量程20V可得),用Ks表示。可求得数字量变化与温度变化的对应关系:

  Kt/Ks =(0.111V/℃)/(4.883mV/数字量)=22.73数字量/℃

  0℃时,AD输出的数字量D0 = 0+55℃&mes;22.73数字量/℃=1250=04E2H。 其他温度对应的数字量也可通过以上方法算出。

  4、系统软件设计

  软件采用PLM/51语言与ASM混合编程,采用模块化结构,主要由主模块、AD采样模块、初始化模块、定时器模块、出错处理模块等部分构成,修改和维护十分方便。

  AD与单片机系统AT89C55连接采用中断方式。当AD转换完毕后,CPU读取转换后的数字量,通过比较判断,如果数字量大于0℃时对应的数字量04E2H,则刷新逻辑输出口P1,送低电平。否则,P1口为高电平。软件工作流程如图3:

  基于LM35温度传感器的温控系统设计

  为了避免因干扰而产生误动作,软件采取了一些冗余和容错处理。在AD模块处理采样数据时,采用了软件滤波措施,以滤除电路中可能会出现的尖峰干扰。方法为连续采样五次,通过比较判断,去掉其中的最大、最小值。其余三次的值求和后取平均值,把平均值作为CPU用来判别的有效数据,再和04E2H(0℃对应数字量)进行比较。AD模块部分代码如下:

  基于LM35温度传感器的温控系统设计

  基于LM35温度传感器的温控系统设计

  基于LM35开发的温控系统经过反复试验、测试,工作稳定可靠,具有体积小、灵敏度高、响应时间短、抗干扰能力强等特点。该系统成本低廉,器件均为常规元件,有很高的工程价值,现已应用于某型无人机飞控系统。如稍加改动,本系统可以很方便的扩展成为集温度测量、控制为一体的产品,同时传感器LM35的小范围非线性可以利用软件算法进行修正。

0次

版权与免责声明

凡本网注明“出处:捷配电子市场网”的所有作品,版权均属于捷配电子市场网,转载请必须注明捷配电子市场网,http://www.dzsc.com,违反者本网将追究相关法律责任。

本网转载并注明自其它出处的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品出处,并自负版权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。