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小型热水锅炉单片机温度控制系统(一)
前言
随着信息科学技术和微电子技术及计算机技术的飞速发展，特别是针对测控特点而设计的微控制器出现，把单片机测控系统的设计带到了一个崭新的领域，依靠自己的技术力量来构成一个计算机应用系统，是广大非计算机硬件专业的工程技术人员梦寐以求愿望。只有在单片机芯片技术取得令人惊叹的今天，这个梦想才得以实现。由于单片机测控系统的设计不仅需要单片机方面的基础知识，而且还需要诸如传感器、仪表、信号检测、自动控制、执行机构、测控对象建模、总体结构设计、数字通信等专业知识，因此本设计对小型热水锅炉单片机温度控制系统作了全面的介绍。
本设计共分5章。第一章介绍了
小型热水锅炉单片机温度控制系统
摘要：本文介绍了用8051单片机构成的小型热水锅炉温度控制的最小系统，主要包括数学模型的建立、硬件电路的设计及其分析和软件程序的编程及其分析。
关键词：单片机；温度控制系统；热水锅炉；温度检测
冬季分散取暖通常采用热水锅炉人工定时烧水供热的方法。这种方法好煤量大，居室温度变化大，费电，费人力。为解决这个问题，本文介绍了一种用单片机控制热水锅炉供热的系统装置。
一. 供暖系统的数学模型
对于供暖系统，环境温度反映了需热量，供水温度反映了供热量。供暖对系统的要求为：环境温度低时，供水温度高；环境温度高时，供水温度低。根据实践经验，建立供热系统的控制数学模型如下：
95℃ < -10℃
上限 =
85℃ - -10℃≤ ≤15℃
75℃ < -10℃
T下限 =
65℃ - -10℃≤≤15℃
式中， T上限为供水上限温度， T下限为供水下限温度， 为环境温度。
上式说明，环境温度低于16 ℃时，每降低1℃，供水温度上、下限升高1℃；环境温度低于-10℃时，供水上限温度为95℃，下限温度为75℃。
供水上限温度为停机温度，在开机状态下，当供水温度达到上限温度时系统停机。供水下限温度为开机温度，在停机状态下，当供水温度降至开机温度时系统即开机。当环境温度高于16℃时系统停机。供水温度始终在上限温度和下限温度之间变化。
二. 硬件电路及其分析
用8051单片机构成的热水锅炉温度控制电路如图1所示。
此电路采用MCS-51系列的8051单片机控制。由于本系统所用的程序存储空间不大，所以不用扩展外部存储器。8051采用40引脚双列直插封装（DIP）方式。当然，不同芯片之间引脚功能也略有差异。8051单片机是高性能单片机，因为受到引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能，其中有些功能是8751芯片所专有的，引脚图如图2所示。
各引脚功能简要说明如下：
电源引脚和
(40脚)：电源端，为+5V。
(20脚)：接地端。
时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
XTAL2（18引脚）：接外部晶体和微调电容的 一端。在8051片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外时钟脉冲。
要检查8051的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出即可。
XTAL1（19引脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。
3.控制信号引脚RST、ALE、和
RST/VPD (9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。RST引脚的第二功能是VPD,即备用电源的输入端。当主电源发生故障，降低到低电平规定值时，将+5V电源自动接入RST端，为RAM提供备用电源，以保证存储在RAM中的信息不丢失，以使复电后能继续正常运行。
ALE（30脚）：地址锁存允许信号端。当8051上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。在CPU访问片外数据存储器时，每取指一次（一个机器周期）会丢失一个脉冲。
平时不访问片外存储器时，ALE端也以1/6的振荡频率固定输出正脉冲，因而ALE信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果你想看一下8051芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出，如有脉冲信号输出，则8051基本上是好的。
ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL负载。
（29脚）：程序存储允许输出端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引脚接EPROM的端，端有效，即允许读出EPROM/ROM中的指令码。CPU在从外部EPROM/ROM取指期间，信号在每个机器周期（12个时钟周期）中两次有效。不过，在访问片外RAM时，要少产生两次负脉冲信号。
端同样可驱动8个LS型TTL负载。
要检查一个8051小系统上电后CPU能否正常到EPROM/ROM中读取指令码，也可用示波器看端有无脉冲输出，如有，则说明基本上工作正常。
/（31脚）：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。
当引脚接高电平时，CPU只访问EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但在PC的（程序计数器）值超过OFFFH（对8051/8751为4K）时，将自动转向执行片外程序存储器内的程序。
当输入信号引脚接低电平（接地）时，CPU只访问外部EPROM/ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。如果外扩EPROM，必须接地。
此引脚的第二功能，是对8751片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压（一般21V）输入端。
I/O端口P0、P1、P2和P3
P0口（P0.0～P0.7，32～39脚）：P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8个LS型TTL负载。当P0口作为输入口使用时，应先向锁存器（地址80H）写入全1，此时P0口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。做输入口使用时要先写入1，这就是准双向的含义。
在CPU访问片外存储器时，P0口是分时提供8位地址和8位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。
P1口（P1.0～P1.7，1～8脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O口。P1口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。
P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存器（地址90H）写入全1，此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。
P2口（P2.0～P2.7，21～28脚）：P2口是一个带内部上不拉电阻的8位准双向I/O口。P2口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。在访问片外EPROM/ROM时，它输出高8位地址。
P3口（P3.0～P3.7，10～17脚）：P3口是一个带内部上不拉电阻的8位准双向I/O口。P3口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。
P3口与其他I/O端口有很大区别，它除作为准双向I/O口外，每个引脚还有专门的功能，见下表：
P3各口线与第二功能表
口 线 替代的第二功能
P3.0 RXD（串行口输入）
P3.1 TDX（串行口输出）
P3.2 （外部中断0输入）
P3.3 （外部中断1输入）
P3.4 T0（定时器0的外部输入）
P3.5 T1（定时器1的外部输入）
P3.6 （片外数据存储器写选通控制输出）
P3.7 （片外数据存储器读选通控制输出）
极限参数：
加电时环境温度： 0℃～70℃
存储温度： -65℃～150℃
对的电压： -0.5℃～7℃
各引脚对的电压：-0.5℃～+0.5V
功耗： 2W
二.片内振荡器及时钟信号的产生
8051片内有一个高增益反相放大器,用于构成振荡器。反相放大器及输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别为8051的引脚19和18。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就构成了稳定的自激振荡器，如图1，电容C1和C2通常都取30pF左右，对振荡器有微调作用。振荡频率范围是1.2～12MHz。
8051也可以使用外部振荡脉冲信号，由XTAL2端引脚输入，直接送至内部时钟电路。因为XTAL2的逻辑电平与TTL电平不兼容，所以应接一个上拉电阻（5.1K）。如图2。
图1 图2
对于CHCOMS型80C51单片机，外部脉冲信号须从XTAL1端输入，XTAL2端悬空。
外部振荡脉冲源方式常用于多块8051芯片同时工作，以便于同步。对外部脉冲信号只要求高低电平的持续时间大于20ns，一般为低于12MHz的方波。
晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端输出到片内的时钟发生器上。时钟发生器是一个二分频触发器电路，它将振荡器的信号频率除以2，向CPU提供了两相时钟信号P1和P2。时钟信号的周期称为机器状态时间，它是振荡周期的两倍。每个时钟周期有两个节拍P1和P2，CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥8051单片机各个部件协调地工作。
三.机器周期和指令周期
计算机的一条指令由若干个字节组成。执行一条指令需要多长时间则以机器周期为单位。所谓一个机器周期是指CPU访问存储器一次所需要的时间。例如取指令、读存储器、写存储器等等。有的微处理器系统对机器周期按其功能来命名，在MCS-51系统中没有采用这种方法。
MCS-51的一个机器周期按包括12个振荡周期，分为六个S状态：S1～S6。而每个状态又分为两个节拍，称为P1和P2。因此一个机器中的12个振荡周期表示为S1P1、S1P2、S2P1、……S6P2。若采用6MHz晶体振荡器，则每个机器周期恰好为2us。
每条指令都由一个或几个周期组成。在MCS-51系统中，有单周期指令、双周期指令和四周期指令。四周期指令只有乘、除两条指令，其余都是单周期或双周期指令。
指令的运算速度和它的机器周期数有直接的关系，机器周期数少则执行速度快。在编译时要注意选用具有同样功能而机器周期数少的指令。
四.CPU取指、执行周期时序
每一条指令的执行都可以包括取指和执行两个阶段。在取指阶段，CPU从内部或外部ROM中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令的逻辑功能。
在8051指令系统中，根据各种操作的简易程度，其指令可由单字节、双字节和三字节组成。从机器执行指令的速度来看，单字节和双字节指令都可能是单周期或双周期，而三字节指令都是双周期，只有乘、除指令占四个周期。此时，执行一条指令的时间（指令周期）分别为2us、4us和8us。
五. 复位及复位电路
复位引脚RST通过片内一个斯密特触发器与片内复位电路相连。斯密特触发器用来脉冲整形及抑制噪声，其输出在每个机器周期的S5P2时被复位电路采样一次。如果输出一定宽度的正脉冲，8051便执行内部复位。
8051一般上电就复位，振荡器及时钟发生器也同时开始工作，CPU的工作时序就从此开始了。复位后各片内特殊功能寄存器状态如表2所示。
寄存器 内容
PC 0000H
ACC 00H
B 00H
PSW 00H
SP 07H
DPTR 0000H
P0～P3 FFH
IP **000000B
IE 0*000000B
TL0 00H
SCON 00H
表2
复位后。PC内容为0000H，使单片机从起始地址0000H单元开始执行程序。所以单片机运行出错或进入死循环，可以按复位键重新启动。
单片机的复位方式有上电复位和按键手动复位两种。复位电路中的电阻、电容数值的设置，是为了保证在RST引脚处至少保持2个机器周期的高电平而完成复位过程的，也就是在斯密特触发器的出入端维持在最低阈值电压以上足够长时间，使斯密特触发器产生一个正脉冲。
上电复位电路如图4。
上电瞬间,RST端的电位与Vcc相同,随着充电电流的减小,RST端的电位逐渐减小,只要在RST处有时间足够长的阈值以上的电压时就能可靠复位.图中参数适宜6MHz晶振.
按键手动复位电路见图5。该电路是上述复位电路的另一个200Ω电阻和手动开关组成。实际上该电路是上电复位兼按键手动复位电路。当开关常开时，为上电复位电路；当常开按键闭合时，相当于RST端通过电阻与Vcc电源接通，提供足够宽阔的阈值电压完成复位。此电路为实用电路。
复位电路虽然简单，但它的作用非常重要。一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否能复位成功。初步检查的方法，可用示波器探头监视RST端，按下复位键看是否有足够的幅度波形输出，还可以通过改变阻容值进行实验。
软件设计及程序分析
整个程序包括两个部分:主程序和内部中断服务程序,内中断由定时器T1溢出产生.程序中使用的寄存器的作用如下：
R0：寄存A的内容；R1：存放由ADC0809转换的环温；R2 ：存放由ADC0809转换的水温；R3：存放由R1内容查水温下限表水温；R4：存放由R1内容查水温上限表得对应上限水温；R5：存放定时器T1初始常数的低8位；R6：存放定时器T1初始常数的高8位；R7：当（R7）=00H，置（P1.1）=“0”（启动排渣电机）；当（R7）=FFH，置
（P1.2）=“0”（启动炉排电机和鼓风电机），初始状态（R7）=00H。
PSW.5是用户标志位，在次用户作锅炉电机启、停状态标志。软件置“0”时，表示
电机处于停转状态；置“1”时，表示电机处于运转状态；从而控制程序的流向；初始状
态PSW.5置：“0”。
主程序流程图如图1所示：
ADC0809
ADC也有两大类：一类在电子线路中使用，不带使能控制端；另一类带有使能控制端，可和微机直接相连。ADC0809是一种8位逐次逼近式A/D转换器，可以和微机直接接口。ADC0809的姐妹芯片是ADC0808，可以互相代换。
内部结构
ADC0809由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、256电阻阶梯、树状开关、逐次逼近式寄存器SAR、控制电路和三态输出锁存等组成，如图1：
⑴八路模拟开关及地址锁存与译码器
八路模拟开关用于输入IN0—IN7上八路模拟电压。地址锁存器和译码器在ALE信号控制下，可以锁存ADDA、ADDB、ADDC上地址信息，经译码后控制IN0—IN7上哪一路模拟电压送入比较器。例如：当ADDA、ADDB、ADDC上均为低电平0以及ALE为高电平时，地址锁存器和译码器输出使IN0上模拟电压送到比较器输出端。
（2）256电阻和树状开关
（3）逐次逼近寄存器和比较器
SAR在A/D转换过程中存放暂态数字量，A/D转换完成后存放数字量，并可送到“三态输出锁存器”。
A/D转移前，SAR为全0。A/D转换开始时，控制电路使SAR最高位为1，并控制树状开关的闭合和断开，由此产生Vst送给比较器。比较器对输入模拟电压Vin和Vst进行比较。若
Vin＜Vst，则比较器输出逻辑0而使SAR最高位由1变为0；若Vin≥Vst，则比较器输出使SAR最高位保留1。此后，控制电路在保持最高位不变的情况下，依次对次高位、次次高位……最低位重复上述过程，就可以在SAR中得到A/D转换完成后的数字量。
（4）三态输出锁存器和控制电路
三态输出锁存器用于锁存A/D转换完成后的数字量。CPU使OE引脚变为高电平就可以从“三态输出锁存器”取走A/D转换后的数字量。
控制电路用于控制ADC0809的操作过程。
ADC0809采用双插直列式封装，共有28条引脚，如图2所示，现分四组简述如下：
引脚功能
图二
IN0—IN7（8条）
IN0—IN7为8路模拟电压输入线，用于输入被转换的模拟电压。
地址输入和控制（4条）
ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，ADDA、ADDB、ADDC三条地址线上地址信号得以锁存，经译码器后控制8路模拟开关工作。ADDA、ADDB、ADDC为地址输入线，用于选择IN0—IN7上哪一路模拟电压送给比较器进行A/D转换。ADDA、ADDB、ADDC对IN0—IN7的选择表如表1所示。
数字量输出及控制线（11条）
START为“启动脉冲”输入线，该线上正脉冲由CPU送来，宽度应大于100ns，上升沿清零SAR，下降沿启动ADC工作。EOC为转换结束输出线，该线上高电平表示A/D转换已结束，数字量已锁入“三态输出锁存器”。
被选模拟电压 ADDC ADDB ADDA
IN0 0 0 0
IN1 0 0 1
IN2 0 1 0
IN3 0 1 1
IN4 1 0 0
IN5 1 0 1
IN6 1 1 0
IN7 1 1 1
表1
电源线及其其它（5条）
CLOCK为时钟输入线，用于为ADC0809提供逐次比较所需640KHz的时钟脉冲序列。Vcc为+5V电源输入线，GND为地线。Vref（+）和Vref（-）为参考电压输入线，用于给电阻阶梯网络提供标准电压。Vref常和Vcc相连，Vref常接地。
光电耦合
将单片机I/O口（或扩展接口）与外部开关量外接时，一般需要使用光电隔离技术使单片机系统电源与外部设备电源隔离，以提高系统抗干扰能力。光电藕合器件是把发光器件和光敏器件组合在一起，通过光线实现耦合，构成电--光—电的转换器件，他由发光源和受光源两部分组成并封装在一不透明的管壳内。
光藕合器又称光电隔离器,是计算
机测控领域中的常用器件。它能实现
输入与输出之间的隔离,三极管输出的
光藕合器如下图所示。
光藕合器的输入端为发光二极管，输出端为光敏晶体管。当发光二极管中通过一定的电流时发出一定的光，被光敏晶体管接收，使其导通。而当该电流撤去时，发光二极管熄灭，晶体管截止，利用这种特性达到开关控制的目的。不同的光电隔离器，其特性参数也有所不同。主要区别在：
导通电流和截止电流。对于开关量输出场合。光隔离主要用其非线性输出特性。当发光二极管通过一定电流If时,光隔离器输出端处于导通状态；而当流过发光二极管的电流小于某一电流时，光隔离器的输出端截止。不同的光隔离器有不同的导通电流，这也决定了需采取的驱动方式，一般典型的导通电流值为10MA。
频率响应。由于受发光二极管和光敏晶体管响应时间的影响，开关信号传输速度和频率受光隔离器频率特性的影响，因此在高频信号传输中要考虑其频率特性。在开关量输出通道中，输出信号一般较低，不会因隔离器的频率特性而受影响。
输出端工作电流。当光隔离器处于导通状态时，通过光敏晶体管的电流若超过某个额定值，就可能使输出端击穿而导致光隔离器损坏，这个参数对于输出接口非常重要。因为其工作电流值表示了该光电隔离器的驱动能力，一般来讲，这个电流值在mA级，即使应用达林顿管输出型，也不能直接驱动大型外设。因此，从光隔离器的输出端 到外设之间通常还需要加若干级驱动电路。
输出端暗电流。指当光电开关处于截止状态时，经过开关发的电流。对光隔离器来讲，此值应越小越好。为了防止由此引起的输出端误触发，在接口电路设计时，应考虑该电流对输出驱动电路的影响。
输入输出压降。分别指发光二极管和光敏管导通时两端的压降，在接口电路设计时，也需注意这种压降造成的影响。
隔离电压。这是光电隔离器的一个重要参数，它表示了该光电隔离器对电压的隔离能力。
提示：为实现输入与输出间的隔离，光藕合器的输入端和输出端不能公用电源，否则达不到隔离目的。
光藕合器的优点是能有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，从而使传输通道上的信噪比大大提高。光藕合器具有很强的抗干扰能力，原因是：
光藕合器的输入阻抗较小，一般为100Ω～1KΩ间，而干扰源内阻很大，通常为～Ω，因此能分压到光藕合器输入端的燥声很小。
干扰燥声虽有较大的电压幅度，但能量小，只能形成微弱电流，而光藕合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作，即使有很高电平副值的干扰，由于不能提供足够的电流而被抑制掉。
光欧合器是在密封条件下实现输入回路与输出回路的光藕合，不会受到外界光的干扰。
输入回路与输出回路之间分布电容很小，一般仅为0.5—2PF，而且绝缘电阻很大，因此回路一边的干扰很难通过光藕合器馈送到另一边去。
继电器：
继电器方式的开关量输出，是目前最常用的一种输出方式，一般在驱动大型设备时，往往利用继电器作为测控系统输出到输出驱动级之间的第一级执行机构，通过第一级继电器输出，可完成从低压直流到高压交流的过渡。
继电器输出也可用于低压场合，与晶体管等低压输出驱动器相比，继电器输出时输入端与输出端有一定的隔离功能，但由于采用电磁吸合方式，在开关瞬间，触电容易产生火花，从而引起干扰；对于交流高压等场合使用，触电也容易氧化；由于继电器的驱动线圈有一定的电感，在关断瞬间可能会产生较大的电压，因此在对继电器的驱动电路上常常反接一个保护二极管用于反向放电。
继电器的主要电气参数
各种继电器的参数在生产厂产品手册或产品说明书中都有说明，但一般只关心下列几个主要电气参数。
线圈电源和功率：指继电器线圈电源是直流还是交流，以及线圈消耗的额定功率。一般用于微机控制系统的初级输出，其驱动线圈常用支流型的。
额定工作电流或额定工作电压：指继电器正常工作时线圈需要的电压或电流值，一般同一种型号的继电器都有不同的额定工作电压或额定工作电流，以适应不同电路的需求。
线圈电阻：它指继电器线圈的电阻值。利用该值和额定工作电压，就可知其额定工作电流，反之亦然。
吸合电压或电流：它指继电器能产生吸合动作的最小电压或电流，其值一般为额定电压或额定电流的75%左右。如JZC-21F/006-01H继电器，其额定电压为6V而吸合电压为4.5V。一般来讲，仅给继电器加吸合电压。其工作是不可靠的。
释放电压或电流：继电器两端的电压减小到一定的数值时，继电器就从吸合状态转变到释放状态，释放电压或电流是指产生释放动作的最大电压或电流，其值往往比吸合电压小的多，因此继电器类似于一种带大回电压的施密特触发器。
接点负荷：指接点的负载能力。因为继电器的接点在切换时电压和电流值是有限的。一般同一型号的继电器的接点负荷值都是相同的。
继电器的选用
在选用继电器时，一般应考虑下列因素：
继电器额定工作电压的选择：其值应等于或小于继电器线圈控制电路的电压；在继电器驱动时，考虑其额定工作电流是否在所设计的驱动电路输出电流的范围之内；必要时可增加一级驱动或一级中间继电器。
接点负荷的选择：根据所需驱动的外设，选择合适的负荷，主要是从被驱动设备工作电压的大小、类型和工作电流大小来考虑。
接点的数量和种类：同一系列的继电器接点和接点类型可有不同，如有单刀双峙、双刀双扎、三刀双扎等类型。可根据需要选择，以充分利用各组节点，达到简化控制线路、缩小体积的目的。
有关继电器的体积、封装形式、工作环境、绝缘能力以及吸合和释放时间等因素，在继电器选择时也应一并考虑。在各种参数均能符合要求的情况下，选择性能价格比高的产品。
传感器
传感器的主要作用是拾取外界信息。如同人类在从事各种作业和操作时，必须由眼睛、耳朵等五官获取外界信息一样，否则就无法进行有效地工作和正确操作。传感器是测控系统中不可缺少的基础部件。
1．传感器的定义
传感器的英文名字是“Sensor”，它来源于拉丁语“sense”意思是“感觉”、“知觉”等。传感器的通俗定义可以说成“信息拾取的器件或装置”。传感器严格定义是：把被测量的量值形式（如物理量、化学量、生物量等）变换为另一种与之有确定对应关系、且便于计量的量值形式（通常是电量）的器件或装置。它实现两种不同形式的量值之间的变换，目的是为了计量、检测。因此，除叫做传感器外，也叫做换能器，两者难以明确区分。
2.传感器的构成
传感器一般是由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。如图所示：
被测量 输出量
传感器的组成方块图
目前，利用先进的集成电路工艺技术，将敏感元件、传感元件，甚至外围电路集成于一体，构成所谓集成传感器。它具有体积小、寿命长、可靠性高、功能强等优点，日益受到广泛重视，是传感器研究开发的一个重要方向。
3.温度传感器
温度是表征物体冷热程度的物理量。它与人类生活关系最为密切，是工业控制过程中的四大物理量（温度、压力和流量）之一，也是人类研究最早、检测方法最多的物理量之一。温度是物体冷热程度的一种状态量，各种不同的物体有着不同的温度范围。从总体来说，温度分布范围极宽，加上被测对象的繁杂多样，虽然，测量温度的传感器种类很多，但至今还没有一种温度传感器能够覆盖整个温度范围，而又能满足一定的测量精度。只能根据不同的温度范围和不同的被测对象，适当的选择不同的传感器。不同类型的温度传感器是由各种材料虽温度变化而改变某种特性来间接测量的，即不同类型的温度传感器具有不同的工作机理。例如，物体随温度变化而导致该物体的电阻、电容、热电动势、频率或磁性能的变化，温度与它们之间存在线形或非线形关系，因而通过测量电阻、电动势或频率等达到测量温度的目的。随着新科学和新技术的发展，人们揭示了新的机理或效应，新型温度传感器就会应运而生。根据统计，温度传感器的数量约占各种传感器的一半左右。温度传感器的种类也是最多的。
温度传感器测量被测介质温度的方式可分为两大类：接触式和非接触式。测温时使传感器与被测物体直接接触的称为接触式温度传感器。这类传感器种类很多，如热电偶、热电阻、PN结等。传感器与被测物体不接触，而是利用被测物体的热辐射或热对流来测量的称为非接触式温度传感器，如红外测温传感器等，它们通常用于高温测量，如炼钢炼铁炉内温度测量。
集成温度传感器
集成电路温度传感器是把温度传感器与放大电路等后续电路，利用集成化技术制作在同一芯片的功能器件。这种传感器输出信号大，与温度有较好的线形关系、小型化、成本低、使用方便、测温精度高，因此，得到了广泛使用。
集成温度传感器按输出量不同可分为电压型和电流型两种。其中，电压型的灵敏度一般为10mV/℃,电流型的灵敏度为1uA/℃。本文所用美国AD公司的AD590集成温度传感器为电流型温度传感器，在一定的温度下，它相当于一个恒流源，因此，它具有不易受接触电阻、引线电阻、噪声的干扰，能实现长距离传输的特点，同样具有很好的线形特性。
AD590的主要特性如下：
电源电压：4～30V。
工作温度：-55～+150℃。
温度灵敏系数：1uA/K。
重复性：±0.1℃。
长期漂移：±0.1℃/month。
输出电压：
+4V≤Vs＜+5V,0.5uA/V;
+5V≤Vs＜+15V,0.2uA/V;
+15V≤Vs≤+30V,0.1uA/V;
AD590的典型应用电路之一如图5所示。
在图五中所示，采用±9VDC电源供电。
当热力学温度为K时，电流为0uA，每升高1K，电流升高1uA。
当摄氏温度为0℃时，电流为273uA，此时让Vo=0V，则有
当摄氏温度为50℃时，则有
Vo = （0.237+0.05）mA*33KΩ+(-9)V =10.659-9V =1.659V
AD590的典型应用电路之二入图6所示；
图五
图六
在图6中，A点为虚地，则有
I1 =12V/50 KΩ =0.24Ma
又因I3 =I1+I2
I3 =0.273Ma+△I3
所以 0.273mA+△I3 =0.24mA+ I2
I2 =0.033mA + △I3
△I3为温升所对应产生的电流，则输出Vo= I2R1=(0.033mA+△I3)R1
运算放大器
OP07
输入失调电压10uV，温度漂移200V/℃，偏置电流700pA,转换速率300mV/us，消耗电流2.5mA，±22V电源，输入电压±22V。引脚如图所示：
8
OP07可用于热电偶和热电阻信号放大测量等。超低燥声、高精度运算放大器还有OP27和OP37，引脚与OP07兼容。
A/D转换器
A/D转换器的选择原则
A/D转换是前向通道中的一个环节，并不是所有前向通道中都必须配备A/D转换器。只有模拟量输入通道，并且输入计算机接口不是频率量而是数码量时，才用到A/D转换器。因此，首先要确定前向通道结构方案。当确定使用A/D转换器以后，按下列原则选择A/D转换器芯片。
⒈根据前向通道中的总误差，选择A/D转换器精度及分辨率。数据采集的精度包括传感器精度、信号调节电路精度和A/D转换器精度。。应将综合精度在各个环节上进行分配，以确定对A/D转换器的精度要求，据此确定A/D转换器的位数。
2.根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定A/D转换器的转换速度，以保证系统的实时性要求。对于快速信号要估计孔径误差以确定是否需要家采样/保持电路。因为对快速信号采集时，为了保证有小的孔径误差常常要求有很高的转换速度，则大大加高了A/D转换器的成本，而且有时找不到告诉的A/D转换芯片，故对快速信号必须考虑采样/保持电路。
3.根据环境条件选择A/D转换芯片的一些环境参数要求，如工作温度、功耗、可靠性等级等性能。
根据计算机接口特征，考虑如何选择A/D转换器的输出状态，例如，A/D转换器是并行输出还是串行输出；是二进制还是BCD码输出；是用外部时钟、内部时钟还是不用时钟；有无转换结束状态信号；与TTL、CMOS及ECL电路的兼容性；与微机接口是否易于连接等输出功能。
其它，还要考虑到成本、资源、是否是流行芯片等因素。
7407驱动器
7407为集电极开路高压输出的六缓冲器/驱动器。
Y=A
引脚图如下：
三. 软件程序的编程及其分析
图1 主程序流程图
主程序启动后，进入初始化程序，在初始化中主要完成各控制寄存器控制字的确定和参数的传送等必要的初始准备工作。启动ADC0809采集环温，送R1保存，再次启动ADC0809采集水温，送R2保存。首先判断环温是否高于16 设施度，即是否（R1）=FFH由此决定是否停机。若（R1）不等于FFH，由PSW.5决定程序的流向。如（PSW.5）=“0”，由R1内容查水温下限表，结果送R3保存。当R3<R2时，继续采集水温和环温；当R3>R2时，PSW.5z置“0”（启动引风电机），启动定时器T1，PSW.5置“1”。如（PSW.5）=“1”，由R1内容查水温上限表，送R4保存。当R4>R2时，继续采集水温和环温；当R4<R2时，P1口置“0FH”（电机停止运转），PSW.5置“0”。
当定时器T1定时时间（15min）到，进入中断服务程序。程序首先判断是否（R7）=“00H”。当（R7）=“00H时（启动排渣电机），给T1送定时初始值，启动定时器T1，置（R7）=“FFH”；当（R7）=“FFH”时，PSW.5置“0”（启动炉排电机和鼓风电机），给T1送定时初始值，置（R7）=“00H”，返回主程序。
内部中断程序流程图如图2所示；
TIM1 EQU 0CEH
TIM2 EQU 0CFH
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0013H
AJMP TIME
ORG 0030H
;-------主程序----------------------------------------------
;-------ADC子程序要求由A选择哪一路----------------------------
;-------R1放环温R2放水温-------------------------------------
MAIN: &n;
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