AT89C51单片机高温温度计的设计+原理图+程序(2)
方案二：采用专用的传感器
通过专用的温度传感器采集温度信号，经过放大电路放大，送到A/D转换芯片中将模拟量转化为数字量，传送给单片机控制系统，最后在液晶1602上显示。
热电阻是一种常用的温度传感器，它的主要特点就是使用方便，测量精度高，性能稳定，测温范围达到-200℃～650℃，完全满足本设计要求，考虑到铂电阻的测量精度高，我最终选择铂电阻Pt100作为传感器[2]。该方案相对于方案一，在功能、性能等方面都有明显的提升。本设计采用方案二完成。
2. 系统设计的主要任务
论文主要内容：本设计包括硬件和软件两个部分。硬件设计主要包括单片机最小系统模块、电源模块，液晶显示模块，报警模块、测温模块。软件部分主要是编写相应的完整程序，实现设计要求。
研究方法和思路：以单片机为核心，设计相关电路并绘制原理图。编写相关程序，并下载调试成功，实现基本功能。
本论文采用的是AT89C51单片机为核心设计了一个能够实时检测高温环境的温度，并且能够对超过一定温度的情况进行报警提示的高温温度计。系统主要由AT89C51单片机最小系统、温度采集电路、LCD1602液晶显示电路和报警电路组成（如图1所示）
图1 系统的总结构框图
AT89C51单片机用于实现算法，是整个系统的核心；LCD1602用于显示温度；温度采集电路用于温度—电阻—电压的变换和模数转换；报警电路用于温度超限时报警。
3. 主要硬件设计
3.1 AT89C51单片机系统
AT89C51单片机系统由时钟电路、复位电路和单片机组成，如图2所示。
AT89C51单片机具有速度快、抗干扰能力强、功耗低和指令代码完全兼容8051单片机等特点。其主要参数为：时钟频率最高可达48MHz;内置4KB的Flash，512B的ARM和2个16位定时/计数器.
AT89C51的P0口作为普通I/O口使用，与1602液晶显示器数据口相连其外须接上拉电阻。
时钟电路采用内部时钟方式，为单片机系统提供时钟信号。
复位方式采用按键复位和上电自动复位两种方式，只要加到RST引脚高电平持续的时间多于2个机器周期就能让单片机实现正常复位[3]。
图2 AT89C51单片机系统
3.2 温度信号采集电路
温度采集电路的传感器选择Pt100铂热电阻传感器。铂电阻有下列特点：（1）测试范围很宽，准确度非常高，适用于不同的介质；（2）性能很稳定。Pt100铂电阻无论是在氧化的环境还是高温下的环境，其物理和化学性质都十分稳定；（3）铂电阻重复性好。它的重复稳定性可以达到0.0001K[4].
在0℃～100℃的测温范围内，Pt100铂电阻的阻值和温度近似的满足线性关系式：Rt=Ro(1+At) (1)
其中，Rt是t℃时Pt100的电阻值；Ro是0℃时Pt100的电阻值，查表可得100Ω；A=0.00390802℃.
温度信号采集电路由图3、图4和图5所示电路组成。
图3由TL431和周边的元件构成恒压源，恒定输出Vout=2.55V至图5运放的反向输入端。
图4中的9013和TL431构成恒流源，在Pt100上流过恒为2.55mA的电流，并且将Pt100随温度而变化的电阻转换为电压，再将其放大10倍[5]（用Vout2表示），输出到图5运放的正向输入端。Vout 2的表达式是：
Vout2=10×2.55mA×100(1+At)≈(2.55+T/100)V (2)
图5构成差分运算放大电路，Vout的表达式为：Vout=5(Vout2-Vout1)=(T/20)V (3)
式（3）实现了温度—电阻—电压的线性转换，其中，T=0～100℃,Vout=0～5V,Vout输出至A/D转换器。