摘  要： 提出一種以熱敏電阻為溫度傳感器，經(jīng)電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路將熱敏電阻的輸出轉(zhuǎn)換為脈寬信號,，再由PIC16F876單片機進行處理,，以實現(xiàn)多點溫度顯示的溫度測量儀。采用比較法消除了電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路由于器件參數(shù)變化造成的測量誤差,，提高了測量精度,。該多點溫度測量儀具有數(shù)字顯示溫度和以RS232串口輸出溫度的功能。
關(guān)鍵詞： 單片機; 熱敏電阻; 電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路; RS232串口

    許多場合需要對多點溫度進行監(jiān)控,。測量溫度的傳感器比較多,，目前普遍采用的是熱電偶和熱電阻。熱電偶測量溫度范圍寬,、精度高,、性能穩(wěn)定，但價格高且輸出熱電動勢低,，不便于使用,。金屬熱電阻測量溫度范圍在幾百度以內(nèi)，測量精度也較高,，但是輸出靈敏度較低,。半導體熱電阻即熱敏電阻，具有高輸出靈敏度的特點,，且隨著加工工藝的改善,，測量精度和互換性都有了很大的提高，且價格低廉,。
1 測量電路的設(shè)計
    多點溫度測量儀由熱敏電阻,、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路,、單片機,、顯示部分和RS232串行輸出接口組成，如圖1所示,。每個熱敏電阻由單片機控制,，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)與電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路相連，并被轉(zhuǎn)換成與其阻值成正比的脈寬信號,，單片機對脈寬信號進行測量,，從而得到熱敏電阻的阻值，再經(jīng)過查表得到被測溫度,。

1.1 電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路
    電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路由555芯片,、電阻R和電容C組成,如圖2所示。電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路實際上是一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路,。圖中虛線框內(nèi)為555的原理電路,，555電路包括一個三極管開關(guān)T1,2個電壓比較器C1和C2，一個基本RS觸發(fā)器,，以及由3個阻值為5 kΩ的電阻組成的分壓器[1],。

    對于該單穩(wěn)觸發(fā)器，只要在其觸發(fā)端（引腳2）施加一個低電平觸發(fā)信號,，它便會輸出一高電平信號,，該高電平持續(xù)的時間為電容C上的電壓由零上升到2Ec/3所需的時間,而這段時間的長短是由外接電阻R和電容C 所決定的,。若保持電容C不變，這段高電平時間則與外接電阻R成正比,，所以根據(jù)輸出高電平的持續(xù)時間,，即脈沖寬度便可知道電阻R的大小。轉(zhuǎn)換電路所輸出的高電平寬度(時間t)與外接電阻和電容的關(guān)系為t=RCln3,。
    這里,，溫度傳感器選用的是熱敏電阻，同金屬熱電阻相比,，熱敏電阻的溫度系數(shù)比較大,，且阻值較高，這樣轉(zhuǎn)換電路的電容C可以選擇性能比較穩(wěn)定的小電容,以保證轉(zhuǎn)換電路長期工作的穩(wěn)定性,。
1.2 單片機
    單片機采用微芯公司的PIC16F876型號單片機[2],。為了準確測量電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖寬度，這里利用了該單片機的捕捉輸入接口,。PIC16F876單片機有兩個捕捉輸入接口CCP1和CCP2,，每個接口由兩個8 bit寄存器構(gòu)成。CCP1對應RC2引腳,，CCP2對應RC1引腳,。對于捕捉輸入接口CCP1，當RC2引腳每出現(xiàn)一個脈沖的上升沿或下降沿（可以設(shè)定）時,，就會將單片機內(nèi)部的一個16 bit定時器的內(nèi)容送入捕捉接口的兩個8 bit寄存器中,，根據(jù)這個功能，便可準確地測量電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖寬度,。具體測量方法是：首先,，單片機發(fā)出一個脈沖，觸發(fā)電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路,，使其輸出端變?yōu)楦唠娖?，同時讓單片機內(nèi)部的16 bit定時器開始計時，當電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖信號結(jié)束時,，RC2的引腳上便會出現(xiàn)一個下降沿,，CCP1捕捉到這個下降沿后,立即將單片機內(nèi)部的16 bit定時器的數(shù)據(jù)送往CCP1的兩個8 bit寄存器中[3]，這個數(shù)據(jù)就是電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖寬度,。由于對下降沿的捕捉是由單片機內(nèi)部硬件完成的,，因此用這種方法對脈沖的寬度進行測量可以保證測量精度。
1.3 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路
    由于熱敏電阻是由電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為脈寬信號的,為了多個熱敏電阻共用一個電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路,，采用了CD4051多路轉(zhuǎn)換開關(guān),，CD4051為8對1電子開關(guān)，具體哪一路接通,，可由單片機通過三個控制端進行控制,。
1.4 顯示電路
    顯示電路由數(shù)碼管,、三極管等元件組成，如圖3所示,。為了降低成本,，充分利用單片機資源，采用掃描顯示方式,，即由單片機控制數(shù)碼管分時顯示,。例如,，單片機將要顯示的最低位轉(zhuǎn)換為7段碼后,，經(jīng)I/O口發(fā)送到CHa~CHg，然后再使CH1變?yōu)楦?，這樣數(shù)碼管L1顯示,，停留一段時間后，再使數(shù)碼管L2顯示,，然后再使數(shù)碼管L3顯示,。由于一個循環(huán)顯示周期很短，因此不會發(fā)生閃爍,。另外可以根據(jù)顯示位數(shù)的多少,，增減數(shù)碼管的個數(shù)。

1.5 RS232接口電路
    所測溫度除了可以直接顯示外,，還可以進行串行輸出,。由于單片機的異步串行通信接口不能進行遠距離傳輸，為此,，需要一個RS232接口電路,，將其轉(zhuǎn)換為標準的RS232串行通信信號。RS232接口電路采用MAX232芯片,，MAX232芯片內(nèi)含兩套RS232接口電路,，最大傳輸距離可達15 m，這個傳輸距離一般可以滿足溫度測量的需求,。
2 測量誤差及補償
2.1 測量誤差產(chǎn)生原因
    由于電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖寬度與外接電阻和電容的關(guān)系為：t=RCln3,，對于溫度測量儀，這里電阻R包括熱敏電阻Rt,、連接導線電阻R導和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)接通電阻R開,。連接導線R導在長度確定后可以認為不發(fā)生變化，但多路轉(zhuǎn)換開關(guān)型號不同或溫度改變時,，R開要發(fā)生變化,。另外轉(zhuǎn)換電容C因型號不同或老化，電容值也是不同的,，所以即使被測溫度沒有發(fā)生變化,，電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路輸出的脈沖寬度也會發(fā)生變化,，即產(chǎn)生溫度測量誤差。
2.2 測量誤差的補償  

    基于單片機的多點溫度測量儀,，采用熱敏電阻為溫度傳感器,，經(jīng)電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路，再由PIC16F876單片機進行處理,，實現(xiàn)了多點溫度的數(shù)字顯示,，經(jīng)RS232通信接口，還可將溫度數(shù)據(jù)進行遠距傳輸,。采用比較法消除了電阻-脈寬轉(zhuǎn)換電路由于器件參數(shù)變化造成的測量誤差,，提高了測量精度。該多點溫度測量儀具有電路簡單,、無需調(diào)試,、測量精度高、成本低廉等特點,，具有較好的應用前景,。

參考文獻
[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社,2006.
[2] 劉和平.PIC16F876X單片機實用軟件與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.
[3] 竇振中.PIC系列單片機原理與程序設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學出版社,，1998.