溫度傳感器應(yīng)用電路（二）

PN結(jié)溫度傳感器

應(yīng)用電路(二)
下面我們來看看利用不帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測溫的應(yīng)用電路。

這里我們選用內(nèi)帶一個(gè)模擬比較放大器的AT89C2051單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)這一功能，AT89C2051是一片ATMEL公司推出的兼容C51的8位單片機(jī)，內(nèi)帶2k的Flash程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的內(nèi)部RAM,具有15個(gè)I/O口，6個(gè)中斷源，只有20個(gè)引腳，價(jià)格也相當(dāng)便宜，可謂價(jià)廉物美的單片機(jī)。詳細(xì)的資料可參見本網(wǎng)站的“ATMEL單片機(jī)”中的AT89C2051。其中內(nèi)含一個(gè)模擬比較放大器，P1.0是比較放大器的同相輸入端，P1.1是比較放大器的反相輸入端，這兩個(gè)輸入輸出口內(nèi)部并沒有上拉電阻，比較放大器的輸出端連至P3.6，也沒有引出，但可用指令訪問該引腳。

在該單片機(jī)外接RC元件即可構(gòu)成簡單的，低精度的A/D轉(zhuǎn)換電路，電路如圖3所示，P1.0（同相端）接上RC充放電阻和電容，P1.1（反相端）作為外部被測溫度電壓的輸入端，作為PN結(jié)溫度傳感器，本身輸出電壓較低，可參照上一節(jié)我們給出的放大電路，溫度傳感電壓經(jīng)放大后再引至單片機(jī)的輸入端。P1.2充放電控制端通過一個(gè)數(shù)kΩ的電阻接正電源Vcc，因?yàn)镽1遠(yuǎn)小于R2，可以認(rèn)為在P1.2輸出邏輯高電平時(shí)，電壓是相當(dāng)接近Vcc高電平的。

電路工作過程如下：程序開始時(shí)，先置P1.2為邏輯低電平，并延時(shí)一小段時(shí)間，使P1.2為低電平，電容C經(jīng)R2放完電，此時(shí)，P1.0=0V，而P1.1>0V,比較放大器輸出“0”電平，接著置P1.2為高電平，同時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)電容C上的電壓Vc充到Vc=Vx時(shí)，P1.0與P1.1的電位相等，比較放大器的同相端和反相端電平相等時(shí)，輸出端P3.6輸出高電平，當(dāng)掃描查詢到P3.6為高電平時(shí)即停止計(jì)時(shí)，那么只要測得開始對(duì)電容充電到P3.6輸出高電平的時(shí)間，通過換算即可得到外部被測溫度電壓的值。

這里需要指出，從圖4中我們可以看到，電容器的充電過程并非線性，其充電過程可以描述為：

這個(gè)非線性特性，我們在單片機(jī)編程時(shí)，可以通過補(bǔ)償和校正的方法加以解決，最常用的方法也是最簡單的方法是通過查表的辦法進(jìn)行修正。這樣便可滿足一種低精度簡易的溫度測量要求。

電阻應(yīng)變片力傳感器

力學(xué)傳感器是將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，力學(xué)量可分為幾何學(xué)量、運(yùn)動(dòng)學(xué)量及力學(xué)量三部分，其中幾何學(xué)量指的是位移、形變、尺寸等，運(yùn)動(dòng)學(xué)量是指幾何學(xué)量的時(shí)間函數(shù)，如速度、加速度等。力學(xué)量包括質(zhì)量、力、力矩、壓力、應(yīng)力等。根據(jù)被測力學(xué)的不同，這里我們首先要介紹的是應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)變式壓力傳感器，在以后的網(wǎng)頁中，我們將逐步介紹其它類型的力學(xué)傳感器。

力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。

在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

如圖1所示，是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，