1、lM35溫度傳感器
LM35是NS公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品之一，它具有很高的工作精度和較寬的線(xiàn)性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線(xiàn)性成比例。因而，從使用角度來(lái)說(shuō)， LM35與用開(kāi)爾文標準的線(xiàn)性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處，LM35無(wú)需外部校準或微調，可以提供±1/4℃的常用的室溫精度。
1）工作電壓：直流4～30V；
2）工作電流：小于133μA
3）輸出電壓：+6V～-1.0V
4）輸出阻抗：1mA負載時(shí)0.1?；
5）精度：0.5℃精度（在+25℃時(shí)）；
6）漏泄電流：小于60μA；
7）比例因數：線(xiàn)性+10.0mV/℃；
8）非線(xiàn)性值：±1/4℃；
9）校準方式：直接用攝氏溫度校準；
10）封裝：密封TO-46晶體管封裝或塑料TO-92晶體管封裝；
11）使用溫度范圍：-55～+150℃額定范圍。 引腳介紹：
①正電源Vcc；
②輸出；
③輸出地/電源地。
2、系統結構及工作原理
溫控電路由傳感器電路、信號調理電路、A/D采樣電路、單片機系統、輸出控制電路、加溫電路構成。電路基本工作原理：傳感器電路將感受到的溫度信號以電壓形式輸出到信號調理電路，信號經(jīng)過(guò)調理后輸入到A/D采樣電路，由A/D轉換器將數字量值送給單片機系統，單片機系統根據設計的溫度要求判斷是否需要接通加溫電路。本文設計時(shí)以0℃為判別依據，當溫度量值低于或等于0℃時(shí)，使加溫電路接通。當溫度量值高于0℃時(shí)，加溫電路停止工作。
從圖1中可以看出，無(wú)論是何種原因導致環(huán)境溫度低于0℃，單片機系統將輸出相應的邏輯電平（本例設計為低電平），經(jīng)驅動(dòng)后控制輸出電路的繼電器閉合，使加溫電路工作。此系統是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統。
3、核心硬件電路設計及采樣值量化
傳感器電路采用核心部件是LM35AH，供電電壓為直流15V時(shí)，工作電流為120mA，功耗極低，在全溫度范圍工作時(shí)，電流變化很小。電壓輸出采用差動(dòng)信號方式，由2、3引腳直接輸出，電阻R為18K普通電阻，D1、D2為1N4148。如圖2。此電路適用于測溫范圍為-55～+150℃場(chǎng)合。如果測溫范圍變化，可以對此電路作一些調整。筆者曾單獨對此電路做過(guò)溫度試驗，把傳感器放在溫變循環(huán)箱中，每隔5℃作為一個(gè)測試點(diǎn)，觀(guān)測并記錄輸出電壓（測試數據和U-T曲線(xiàn)限于篇幅，從略），試驗結果表明LM35AH的線(xiàn)性度是令人滿(mǎn)意的。
信號調理電路主要完成對傳感器信號放大和限幅的功能，將傳感器電路輸出的變化范圍為2V左右的直流電壓，調理為±10V直流電壓，運放采用LF412。A/D采樣電路選用12位AD轉換器AD574。單片機系統以AT89C55為CPU，外接鎖存器及輸出驅動(dòng)電路。輸出電路使用松下PhotoMOS繼電器AQZ202，來(lái)控制加溫電路的通斷。加溫電路采用功率電阻加溫的方法，單獨設計一塊加溫板，電阻采用“串聯(lián)＋并聯(lián)”的方式，總阻值為14Ω左右，供電電壓為直流28V，整板加溫功率為50W。
采樣值的準確量化是溫控電路正常工作的關(guān)鍵，這里采用以下?lián)Q算辦法來(lái)進(jìn)行量化。
設經(jīng)過(guò)信號調理后的電壓為Ui，則－10V≤Ui≤10V，已知－10V對應的溫度為－55℃，10V對應的溫度為125℃，易求得比例因數Kt＝0.111V/℃。
溫度為0℃時(shí)，ΔT＝55℃（即相對于－55℃的變化量）。 Ui＝－10V+ΔT·Kt＝－10V+55℃&TImes;0.111V/℃＝-3.895 V。 Ui轉換為數字量后，每個(gè)數字量對應電壓值為4.883mV，（由12位AD，滿(mǎn)量程20V可得），用Ks表示?？汕蟮脭底至孔兓c溫度變化的對應關(guān)系：
Kt/Ks ＝（0.111V/℃）/（4.883mV/數字量）＝22.73數字量/℃
0℃時(shí)，AD輸出的數字量D0 = 0+55℃&TImes;22.73數字量/℃＝1250＝04E2H。 其他溫度對應的數字量也可通過(guò)以上方法算出。
4、系統軟件設計
軟件采用PLM/51語(yǔ)言與ASM混合編程，采用模塊化結構，主要由主模塊、AD采樣模塊、初始化模塊、定時(shí)器模塊、出錯處理模塊等部分構成，修改和維護十分方便。
AD與單片機系統AT89C55連接采用中斷方式。當AD轉換完畢后，CPU讀取轉換后的數字量，通過(guò)比較判斷，如果數字量大于0℃時(shí)對應的數字量04E2H，則刷新邏輯輸出口P1，送低電平。否則，P1口為高電平。軟件工作流程如圖3：
為了避免因干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作，軟件采取了一些冗余和容錯處理。在A(yíng)D模塊處理采樣數據時(shí)，采用了軟件濾波措施，以濾除電路中可能會(huì )出現的尖峰干擾。方法為連續采樣五次，通過(guò)比較判斷，去掉其中的zui大、zui小值。其余三次的值求和后取平均值，把平均值作為CPU用來(lái)判別的有效數據，再和04E2H（0℃對應數字量）進(jìn)行比較。AD模塊部分代碼如下：
基于LM35開(kāi)發(fā)的溫控系統經(jīng)過(guò)反復試驗、測試，工作穩定可靠，具有體積小、靈敏度高、響應時(shí)間短、抗干擾能力強等特點(diǎn)。該系統成本低廉，器件均為常規元件，有很高的工程價(jià)值，現已應用于某型無(wú)人機飛控系統。如稍加改動(dòng)，本系統可以很方便的擴展成為集溫度測量、控制為一體的產(chǎn)品，同時(shí)傳感器LM35的小范圍非線(xiàn)性可以利用軟件算法進(jìn)行修正。