单总线高温数字温度传感器的制作方法

本实用新型涉及温度传感器领域、具体涉及一种采用单总线的高温数字温度传感器。

背景技术：

温度传感器(temperature transducer)是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

K型热电偶(镍铬－镍硅)作为温度传感器得到了广泛的应用，利用它的热电效应，根据冷热端温度差产生的热电动势进行测温。它直接和被测对象接触，不受中间介质的影响，具有测量温度范围广、精确度高、构造简单、使用方便等优点。K型热电偶具有热电势大、灵敏度高、响应速度快、线性度好、测温范围较宽、造价低、化学稳定性好等优点，可在1000℃下长期使用，因而是工业生产制造部门应用最广泛的热电偶元件。但直接利用热电偶作为传感器监测温度，需要设计信号放大、整形、温度补偿等电路，开发周期较长，给工程设计人员带来困难。而现有数字温度传感器，测量温度范围窄、测量温度低，不适合在热电工业使用。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种单总线高温数字温度传感器。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种单总线高温数字温度传感器，包括单片机、K型热电偶、信号调理电路和冷端补偿电路；所述单片机内置有A/D转换器；所述信号调理电路分别与K型热电偶和A/D转换器电连接；所述冷端补偿电路与单片机电连接；所述单片机的一根I/O线按时序要求与外部进行单总线串行通讯，接受外部命令并向外部输出温度信息。

采用本实用新型的技术方案后，信号调理电路主要是对热电偶检测的温度信号进行放大、整形，使热电偶检测的微弱信号，经放大后达到一定电压值，适宜将模拟信号转换为数字信号便于处理。冷端补偿是采用普通温度传感器检测现场环境温度，输入到单片机的另一根I/O端，单片机根据热电偶回路的中间温度定律，实现冷端温度补偿。

本方案制成的单总线高温数字温度传感器主要针对高温、大范围温度区域设计，将热电偶传感器、信号调理电路、冷端补偿电路、运算控制电路集成一体化，单总线输入、输出，构成单总线数字温度传感器，测温范围0℃～1024℃。

附图说明

图1是单总线高温数字温度传感器的原理框图。

图2是单总线高温数字温度传感器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型优选的方案做进一步的阐述：

如图1和图2所示，一种单总线高温数字温度传感器，包括单片机、K型热电偶、信号调理电路和冷端补偿电路；所述单片机内置有A/D转换器；所述信号调理电路分别与K型热电偶和A/D转换器电连接；所述冷端补偿电路与单片机电连接；所述单片机的一根I/O线按时序要求与外部进行单总线串行通讯，接受外部命令并向外部输出温度信息。

进一步的改进，所述单片机采用STC8高速单片机。

进一步的改进，所述信号调理电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、运算放大器U2A和运算放大器U3A；所述电阻R1的一端与K型热电偶的IN1脚相连，另一端与运算放大器U2A的负输入端相连；所述电阻R2的一端与K型热电偶的IN2脚相连，另一端与运输放大器U2A的正输入端相连；所述电阻R3一端接地，另一端与运算放大器U2A的正输入端相连；所述电阻R4一端与运算放大器U2A的负输入端相连，另一端与运算放大器U2A的输出端相连；所述电阻R5的一端与运算放大器的输出端相连，另一端与运算放大器U3A的正输入端相连；所述电容C1一端接地，另一端与运算放大器U3A的正输入端相连；所述运算放大器U3A的负输入端与运算放大器U3A输出端通过导线相连；所述运算放大器U3A输出端与单片机的一根I/0线相连。

进一步的改进，所述冷端补偿电路包括电阻R7和DS18B20温度传感器；DS18B20温度传感器的第三脚接地；所述电阻R7设置在DS18B20温度传感器的第一脚(VCC电源端)和第二脚之间；所述DS18B20温度传感器的第二脚与单片机的一根I/O线相连。

运算控制采用含有A/D转换的STC8系列单片机，信号调理电路的输出的电压信号经A/D转换为数字信号，存储在单片机中。在单片机内部将K型热电偶检测的待测温度与冷端检测的环境温度，经过计算和查表得到测量温度值，保存在单片机的缓存中。另外，单片机的一根I/O线按时序要求与外部进行单总线串行通讯，接受外部命令并向外部输出温度信息。

冷端补偿电路是采用普通DS18B20型号的温度传感器来检测现场环境温度，输入到单片机的另一根I/O端，单片机根据K型热电偶回路的中间温度定律，实现冷端温度补偿：由两种不同材料的导体组成热电偶回路，当被测温度(又称K型热电偶的工作端温度或热端温度)为t，冷端温度为t0时，K型热电偶输出的热电势为EAB(t,t0)＝EAB(t,0)-EAB(t0,0)。其中AB表示组成热电偶的两种不同性质的导体，EAB(t,0)表示K型热电偶热端温度为t，冷端为0℃时的热电势，EAB(t0,0)表示冷端补偿热电势。由中间温度定律知，如果冷端温度恒定，则只要测出K型热电偶输出的热电势EAB(t,t0)，通过查被测热电偶分度表得到EAB(t0,0)，即可算出热电偶冷端温度为0℃时的热电势，再查该热电偶分度表得到实际热电偶热端温度。如果冷端温度波动，则通过补偿导线，根据中间导体定律，将冷端引到温度恒定的位置，然后采用上述方法得到K型热电偶被测端温度。

单总线高温数字温度传感器的核心电路采用STC8高速单片机，内部嵌入12位A/D转换器，使得本温度传感器精度高达0.25℃。K型热电偶检测的温度信号通过信号调理电路放大后送入单片机的P0.0口；冷端补偿使用DS18B20检测现场温度，单片机的P3.1口读入现场温度，经内部运算处理进行温度补偿；检测的温度经补偿存储在暂存器中，由外电路通过P3.0口进行单总线读取测量的温度值。