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数字温度计

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数字温度计

方案介绍

传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器,但是热敏电阻可靠性差,测量温度准确度低(需校准),线性度差。热敏电阻上的模拟电压信号还需要经过 ADC 转换成数字信号才能被单片机处理。另外模拟信号在传输过程中容易受到干扰,不适合某些工业现场使用。

数字温度传感器与传统的热敏电阻有所不同的是,把温度传感器集成在芯片中,同时它可以直接将被测温度转化成串行数字信号,抗干扰能力强,测温精度高(芯片出厂前已经经过校准,使用时无需再进行校准)。因传感器输出的是数字信号,使硬件设计更简洁,能有效地降低成本,调试也更方便,这也就缩短了开发的周期。

现设计一种高精度的数字温度计,采用杭州晶华微电子有限公司研制的高精度数字温度传感器芯片 SD5820A。再加一个单片机读取数字温度传感器的温度数据,并用数码管显示。实验表明,该数字温度计测温范围达-55℃ ~ +125℃,显示分辨率为 0.1℃,-10℃~+85℃时误差在±0.5℃之内,-55℃~+125℃时误差在±0.8℃之内。测温精度高,读数方便,可广泛在工业现场应用和普通家庭应用。



方案特点

硬件设计

整个系统由数字温度传感器、单片机、显示、按键和电源这几个部分组成。电路原理图如下图2所示。


数字温度传感器

选用的数字温度传感器SD5820A 是杭州晶华微电子有限公司研制的芯片。采用TO-92封装形式,具有体积小,使用方便等特点。为了能测量液体温度,把SD5820A  芯片装入不锈钢保护管中密封,具有耐磨耐碰、防水等功能。SD5820A 在与单片机连接时仅需要一根I/O口线即可实现双向通信,占用单片机的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。被测温度用符号扩展的12 位数字量方式串行输出,可测温范围:-55~+125℃,测温分辨率可达0.0625℃,-10℃~+85℃时测温误差在±0.5℃之内,-55℃~+125℃时测温误差在±0.8℃之内。

      数字温度传感器SD5820A 的工作电源在远端引入,SD5820A 的DIO 引脚与单片机的I/O引脚连接,进行双方通信,采用4.7kΩ 的电阻上拉。由于SD5820A 单线通信功能是分时完成的,系统对它的各项操作必须严格按协议进行。操作协议参考SD5820A 单总线数字温度传感器规格书。


单片机

      采用的单片机型号为SD8301,也是杭州晶华微电子有限公司研制的。具有16k Bytes OTP空间,256 Bytes SRAM,17 个可编程I/O 口,2  个16 位的定时/计数器,内置2M 的RC振荡器。该单片机也可以采用普通的51 单片机或PIC 单片机替代。


显示、按键和电源

      采用5 位数码管显示,保留1 位小数,输出方式采用动态扫描形式,选择单片机的5个I/O 口作为数码管的位线和8 个I/O 口作为数码管的段线。

      通过S0 按键来切换摄氏度和华氏度显示。

     采用外接电源方式供电(5~12V 不需加限流电阻,大于12V 时加个470R/3W 的限流电阻),通过HT7533 降压为3.3 V 给系统各模块供电。


 软件设计

      单片机程序流程参考下图3所示。

图3 程序流程图

应用框图

图2 电路原理图


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