一种基于AD590宽范围测温电路

作者/张亮 ，西安思源科创轨道交通技术开发有限公司



一种基于AD590宽范围测温电路

作者/张亮 ，西安思源科创轨道交通技术开发有限公司

文章摘要：主要论述了一种基于AD590的宽范围测温电路，电路采用atmega16单片机作为主控芯片，利用该单片机自带的10位A/D转化功能，根据AD590采集的温度信号，控制温度信号调理电路切换档位，实现AD590在—55℃～+150℃全范围的温度测量。

关键词:AD590;温度测量；运算放大器；A/D。 语音识别；单片机；人工智能

引言

温度测量和控制在工农业生产及生活中大量应用，各种温度传感器应运而生。其中作为单片集成温度传感器的AD590因精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿，应用非常广泛。本文主要介绍一种实现AD590的全温度范围的测量电路。

1.AD590的简介

AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，AD590的测温范围为-55℃～+150℃，非线性误差仅为±0.3℃。它是一种电流型传感器，流过器件的电流(μA) 等于器件所处环境的热力学温度(开尔文) 度数就，即

公式（1）中，Ir—流过器件(AD590) 的电流，单位为μA；T—热力学温度，单位为K；由于该传感器输出电流信号，非常适合远距离传输，并且不易干扰，特别适用于环境恶劣的工业控制领域。

2.AD590应用

AD590输出的电流值与所处环境的热力学温度比值为1，在它的测温范围-55℃～+150℃，相应输出电流值为218uA～423uA，到变换电路需要把电流信号转换为电压信号，一般简单方法是采用压降法，即在AD590的输出端加上一个采样电阻到地，如图1所示，给AD590输出端加上10K的采样电阻，则在电阻上输出的电压Vt为2.18V～4.23V，压差为2.05V，电压随温度的变化为0.01V/℃。那么该电压经过A/D转换后到MCU处理。假设选用参考电压为5V的A/D转换芯片，公式（2）为AD590经A/D转换后分辨率的计算公式。

其中Re为转换分辨率，Vref为AD芯片参考电压，这里取5V，converbit为AD芯片的转换位数，ΔT为AD590测温范围的温差，为205℃，ΔV为AD590测温范围内电流采样转电压后电压差，为2.05V。

根据公式（2），若用8位A/D芯片，转换分辨率Re 为1.95℃/LSB，选用10位A/D芯片，转换分辨率Re为0.49℃/LSB，选用12位A/D芯片，转换分辨率Re为0.12℃/LSB，选用16位A/D芯片，转换分辨率Re为0.007℃/LSB。从数据看需要16位A/D芯片能获得比较好的分辨率，但是考虑到16位A/D芯片较高的成本问题，因此笔者根据所从事产品开发领域出发考虑，并结合自动化测量仪表技术，设计了基于AD590和atmega系列单片机的宽范围测温电路，采用atmega单片机自带10位A/D转换功能，实现的 0.054℃/LSB的分辨率测温，实现AD590在-55℃一+150℃全范围的温度测量。

图1　AD590电流转电压电路

3.基于AD590和atmega系列单片机的宽范围测温电路

该电路设计思想是根据AD590测温范围，可以分为如表1所示的4档温度范围。当AD590感测不同档位的温度信号并转化为电信号时，MCU控制可控开关使电信号通过不同温度信号档位调理电路，MCU根据采集调理后的温度电压信号找到正确的温度档位，使温度信号在正确的调理电路中实现调理，从而使MCU正确采集温度信号。

表1　AD590 4档温度划分表

如图2为电压转换电路，Vt为AD590经过图转换而来的电压信号，稳压二极管1N4735稳压输出6.2V，调节电位器RV1，使中心调整端输出V1=2.73V，如公式（3），经过U2组成的差动放大器后输出Vt2为：

则Vt2的值范围-1.1V～3V，即对应温度-55℃～+150℃。根据表1的四个档位对Vt2进行调理，如图3为第1档电压调理变换电路。Vt2的范围为-1.1V～0V时，SW9闭合，Vt2电压经过U6组成的反向比例放大器得到Vt3的公式（4），则Vt3范围为0～4.95V。

如图4为第2～4档电压调理变换电路。Vt2的范围为0V～1.1V时，SW8、SW10闭合，为第2档电压调理变换电路。Vt2、0V输入U3组成差分放大电路，Vt3输出为公式（5）所得，则Vt3范围为0～4.95V

Vt2的范围为1.1V～2.2V时，SW2、SW10闭合，为第3档电压调理变换电路。Vt2，V3输入U3组成差分放大电路，Vt3输出为公式（6）所得，V3=1.1V，则Vt3范围为0～4.95V

图2　电压转换电路

图3　档位1——1.1～0V电压转换电路

Vt2的范围为2.2V～3.0V时，SW1、SW10闭合，为第4档电压调理变换电路。Vt2,V2输入U3组成差分放大电路，Vt3输出公式（7）所得，V2=2.2V，则Vt3范围为0～3.6V

如图5，Vt3经过U8组成的电压跟随器，并经过二极管D4、D5钳位到0～5V范围内，输入到Atmega16的 ADC0引脚，单片机经过对数据进行A/D转换、分析、存储等处理，温度数据可以通过串口将TTL信号转换为232、485或无线信号发送到上位机。电位器RV4用于温度精度的硬件校正。转换电路中SW1、SW2、SW8、SW9、SW10为可控型开关，可选用继电器或模拟开关，由Atmega16控制，这样经过单片机配合电压转换电路实现宽电压采集。

图4　档位2～4—0V～3.0V转换电路

图5　调理后温度信号输入单片机电路

4.软件流程

如图6所示为温度采集软件流程图，采用的方式是从第4档位开始采集温度信号并转化为电压作A/D转换，即从最高温度采集转换电路开始采集温度信号，判断电压是否满足第4档电压范围，满足第4档电压范围就进行软件处理，如温度补偿、存储。不满足第4档最低阈值电压就转第3档温度采集转换电路采集判断，不满足条件依次降低档位判断，直到寻找到正确的档位。温度变化时，根据采集转换的电压判断是否在现所处档位的电压范围内，不在范围内就升档或降档再采集温度信号判断。温度超出AD590最低和最高量程时，单片机产生报警信息报警。

图6　软件流程图

5.结束语

通过采用以上多档位采集转换温度电路结合atmega16单片机采集控制的方式，可以实现AD590的全范围温度采集，适用于工业现场的温度采集。

参考文献

＊[1]华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].北京.高等教育出版社.2006.

＊[2]王超.基于ARM9与AD590的温度检测系统的研制[J] .浙江工业大学硕士学位论文.2011.

＊[3]ATMEL Corporation n.ATmega16 Datasheet.

＊[4]莫建鹏，於黄忠，麦棣科，罗敬雅.基于集成温度传感器AD590的测温电路设计与实现[J].电子元器件应用.2007,2