温度是工农业生产中经常需要测量的一个物理量，因此研究温度的测量方法就具有重要的意义。本文介绍了一款用于蔬菜大棚温度监测的高精度数显温度计的设计与制作，该电路具有测量精度高，反应灵敏、应用灵活的特点，能方便地实时显示当前的环境温度，并且稍作改动后即可与单片机等自控装置进行连接，可广泛应用于工农业生产现场的实时温度监测。
一、工作原理
本数显温度计采用了高精度的温度检测传感器，将环境温度转换成电信号，经调理后送至A/D转换为数字信号，送至译码器，最后再通过数码管进行显示输出，其结构与组成如下图所示。
电路的测温元件IC1选用的是高精度集成温度传感器件AD590（如图下所示），该器件是一种电流输出型温度传感器，输出量为1μA/K(开尔文)，即常温下环境温度每增加1℃，其输出电流就会增大1μA。由于该器件具有热容量小、线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、抗干扰能力强的优点，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差仅为±0.3℃，而且因为其高阻抗电流输出使它对长线传输的电压降落不敏感，所以广泛应用于远程的温度检测。
接下来就要把AD590的输出电流放大并转换成电压信号，电路中采用了由高精度集成运算放大器OP07组成的精密I-U转换电路。如下图所示，由于运放输入端有“虚短”的特性，故V1=V2=0：此时，由欧姆定律可知：12=(2.5-V2)/(R2+RPl)=2.5／(R2+RP1)；电路中｜=｜1-｜2，由于运放输入端还有“虚断”的特性，故此｜也就是流过(R1+RP4)的电流，所以输出的信号电压VO=｜×(R1+RP4)。为了A/D转换的需要，我们希望OoC时输出的VO=OV，100℃时输出VO=1.OOV，由AD590的特性可知，O℃时11=273μA，为了使VO输出为0(即｜为0)，12的值也应为273μA，这样就可求得(R2+RPl)的阻值应为：2.5V/273uA=9.16K，实际取R2为8.2K，RP1为1.5K的多圈电位器：(R2+RP1)选定后，温度每上升1℃，｜就增大1μA，100℃时，1=100μA，而此时VO则应为1V，故可求得(R1+RP4)=1V/100uA=lOK，实际取Rl为9.1K，RP4为1K多圈电位器，然后通过电位器的调节从而获得较精确的10kΩ。这样，就可将每1℃的温度变化转化为0.01V(1μA×10K)的电压信号了。
要进行数码显示，还需将此信号转换成数字信号。本电路采用是由MC14433（如图4所示）为核心的转换电路，MC14433是美国Motorola公司推出的单片3(1/2)位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路，具有外接元件少，精度高，功耗低，电源电压范围宽的特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，使用时只要外接少量的阻容元件即可构成一个完整的A/D转换电路，该电路最大显示范围为0000~1999，参考基准电压由VREF端引入，被测信号由VX端输入，输出显示的数字值为(Vx/VBREF)×1999，由QO～Q3分时输出各位的BCD码数值，DS1一DS4分别表示千、百、十、个位的选通脉冲输出，依次分时有效。例如：当DS1有效期间，Q0~Q3上输出BCD码表示的千位数值；当DS2有效期间，QO～Q3上输出BCD码表示的百位数值，依次类推，循环扫描。Q0～Q3上输出BCD码数值经4511译码后送至LED数码管，并在DS信号的控制下轮流扫描点亮；由于考虑到蔬菜大棚最大温度监测范围为0~99℃，故本电路中仅使用了DS2、DS3二路输出，即只显示其中的百位和十位，若VREF端的基准电压为1.999V，此时VX端输入的信号电压为0.01V，则会显示为“01”，输入为0.99V，则显示为“99”。
电路中参考基准电压由精密可调基准电源TL431（如上图所示）提供，德州仪器公司(TI)生产的TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置从2.5V~36V范围内的任何值，连续可调；参考电压误差±1.0%，全温度范围内温度特性平坦，输出电压噪声低。上图中的2.5V电压即由TL431提供。
二、电路调试
电路安装完毕后，测量IC3基准电压源输出应为2.5V;调整RP3使IC4的2脚电压为1.999V：将开关拨至校正位置，调整RP2使IC4的3脚电压由0~0.99V间均匀变化，如输入3脚电压为0.01V，此时数码管应相应显示为01，依此类推，其值应在在00~99准确显示，若有误差可以微调RP3，使数码管正确显示；在运放的反向输入端串入精密微安表，若此时的温度为20℃，则电流值应为20μA，否则微调RP1，使其得到正确的读数：接上IC2，应测得输出的电压值为0.2V，否则微调RP4，使输出电压符合要求。
电路调整完成后，将开关拨至检测位置，即可显示当前的环境温度数值了。若用热的烙铁靠近IC1的外壳，此时温度显示值应会明显升高。
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