【正文】 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 1 摘要 隨著技術(shù)的發(fā)展，智能化 的產(chǎn)品越來越受人們的青睞。智能型溫度測(cè)量?jī)x作為一個(gè)智能化的溫度計(jì) 來說也是比較受歡迎的。 通常，智能化的儀器儀表通常都有自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整和儀表滿度的校正，因此可以減小測(cè)量誤差，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)一表多用。智能型溫度測(cè)量?jī)x可配不同類型、不同分度號(hào)的溫度傳感器，故又稱為溫度萬(wàn)用表。 它不但 能實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量傳感器（例如熱電偶）的冷端自動(dòng)補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償，以及對(duì)熱電阻的引線電阻影響的消除等，還可實(shí)現(xiàn)各類測(cè)量誤差的自動(dòng)修正。進(jìn)行各種復(fù)雜運(yùn)算（測(cè)量算法和控制算法），對(duì)獲取的溫度信息進(jìn)行整理和加工；統(tǒng)計(jì)分析干擾信 號(hào)特性， 采用適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波， 達(dá)到抑制干擾的目的；實(shí)現(xiàn)各種控制規(guī)律，滿足不同控制系統(tǒng)的需求；與其他儀器和微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信， 構(gòu)成各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。 多種輸出形式可以有數(shù)字顯示、打印記錄、聲光報(bào)警 ,還可以多點(diǎn)巡回檢測(cè)。它既可輸出模擬量 ,也可輸出數(shù)字量（開關(guān)量）信號(hào)。本身所具有的自診斷和聲光報(bào)警功能對(duì)儀表內(nèi)部各種故障能自動(dòng)診斷出來 ,并能在出現(xiàn)故障時(shí)顯示或報(bào)警。 在智能儀表的設(shè)計(jì)中 ,由于采用了單片機(jī)技術(shù) ,使得硬件電路大大簡(jiǎn)化 ,而其軟件的強(qiáng)大功能又使儀表的性能得到了明顯提高 ,功能的擴(kuò)展也變得十分方便。加上通信功 能后 ,其檢測(cè)、控制方式也十分靈活、便捷。因此 ,儀器、儀表的智能化、可通信化是一個(gè)很好的 發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞： 智能 化 溫度 測(cè)量 傳感器 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 2 目 錄 論文摘要 ........................................................................1 目 錄 ...........................................................................2 概述 ............................................................................3 設(shè)計(jì)要求 1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 ......................................................................4 2 設(shè)計(jì)目的 ......................................................................4 3 設(shè)計(jì)功能要求 ..................................................................4 4 主要技術(shù)指標(biāo) ..................................................................4 5 采用方案 ......................................................................4 6 方案論證與選擇 ................................................................4 設(shè)計(jì)說明 1 智能型溫度測(cè)量?jī)x的基本結(jié)構(gòu)與 工作 流程 ..........................................5 硬件結(jié)構(gòu) ..................................................................5 系統(tǒng)軟件 ..................................................................5 工作流程 ..................................................................5 2 硬件電路設(shè)計(jì) ..................................................................6 單片機(jī)的選取 ..............................................................6 A/D 轉(zhuǎn)換器的選用 ..........................................................6 傳感器， I/U 變換、濾波、標(biāo)度變換電路的選取 ................................7 鍵盤顯示電路的設(shè)計(jì) ........................................................8 報(bào)警電路 ..................................................................9 AT89C51 I/O 口 分配 .......................................................10 3 軟件電路設(shè)計(jì) .................................................................12 時(shí)鐘頻率的確定 ..........................................................12 計(jì)算方法 .................................................................12 監(jiān)控程序設(shè)計(jì) .............................................................13 4 總結(jié) .........................................................................39 5 參考文獻(xiàn) .....................................................................40 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 3 智能型溫度測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì) 概述： 智能化測(cè)量?jī)x具有精度高、靈敏度高、測(cè)量速度快、測(cè)量的自動(dòng)化以及多種輸出形式等一系列優(yōu)點(diǎn)，受到科研、工業(yè)界的普遍歡迎。 熱工測(cè)量 如 溫度、壓力、流量等 ， 正越來越廣泛地采用智能化測(cè)量?jī)x； 智能型溫度測(cè)量?jī)x一般直接配接熱電偶或熱電阻等溫度傳感器，由于溫度傳感器本身的非線性，故儀器內(nèi)部需增加進(jìn)行非線性補(bǔ)償?shù)碾娐坊蜍浖?。如果測(cè)溫范圍允許使用集成 T/I或 T/U變換器，由于其線性很好，不必采用非線性補(bǔ)償。 智能壓力、流量顯示儀，一般配接變送器 即 傳感器和 變送電路一體化的產(chǎn)品，這類傳感器的輸出信號(hào)為 0～ 10mA或 4～ 20mA的直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 且 線性很好。不需進(jìn)行非線性補(bǔ)償，儀表的軟、硬件組成較簡(jiǎn)單。 設(shè)計(jì)要求 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 4 設(shè)計(jì)項(xiàng)目： 智能型溫度測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì)目的： （ 1）根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)來完成智能型溫度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)。 （ 2） 通過設(shè)計(jì)來鞏固所學(xué)的單片機(jī)及電路方面的知識(shí)。 （ 3）培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、閱讀大量技術(shù)資料的能力 ， 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，結(jié)合實(shí)際獨(dú)立完成課題的工作能力。 （ 4）提高學(xué)生對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、勇于開拓、勇 于實(shí)踐的基本素質(zhì)！ 設(shè)計(jì)功能要求： （ 1） 配合 集成 T/I 變換器 ，實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量； （ 2）能夠?qū)崿F(xiàn) 開機(jī)自檢、自動(dòng)調(diào)零 的 功能 ； （ 3） 具有克服隨機(jī)誤差的數(shù)字濾波功能； （ 4） 可以預(yù)置溫度上限、下限，超限時(shí)聲、光報(bào)警 ； （ 5） 通過電腦 USB 接口來提供 5V 電源使溫度儀正常工作。 主要技術(shù)指標(biāo)： （ 1） 測(cè)量溫度范圍： 50℃ ～ 150℃ （ 2） 測(cè)量誤差： ≤1%（最大引用誤差） （ 3） 分辨率： ℃ （ 4） 顯示方式： 4 位 LED 數(shù)碼管顯示被測(cè)溫度值 采用方案： 集成 T/I 變換器 →I/U 變換器 → 濾波器 →A/D 轉(zhuǎn)換器 → 單片機(jī) 方案論證與選擇 （ 1） 從功能要求看，系統(tǒng)功能并不復(fù)雜， MCS51 單片機(jī)完全可以勝任主機(jī) 角色 ； （ 2） 從測(cè)溫范圍看，熱電阻傳感器或集成 T/I（或 T/U）變換器均可滿足要求； （ 3） 從分辨率看，普通運(yùn)放和 11 位以上的 A/D 轉(zhuǎn)換器可以滿足精度要求； 分辨率 =℃ /(2000)℃ =1/2022 （ 4） 由于溫度變化緩慢，采用雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器，不需要采樣保持器；也可選用片內(nèi)帶有 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換 器的 。 設(shè)計(jì)說明 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 5 智能型溫度測(cè)量?jī)x的基本結(jié)構(gòu)與工作流程 智能型溫度測(cè)量?jī)x與其他智能化儀器一樣 ,也是由硬件和軟件兩大部分組成的。 、 硬件結(jié)構(gòu) 智能型溫度測(cè)量?jī)x的硬件部分由單片機(jī)主機(jī)電路、過程輸入輸出通道、鍵盤（人— 機(jī)聯(lián)系部件）、接口和顯示打印部分組成 ,如圖 11 所示。 圖 11（硬件結(jié)構(gòu)圖） 主機(jī)電路以單片機(jī)為核心 ,用來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和程序 ,并進(jìn)行一系列的運(yùn)算和處理。過程輸入輸出通道由模擬量輸入輸出電路（ A/D 轉(zhuǎn)換電路和 D/A 轉(zhuǎn) 換電路等）以及開關(guān)量輸入輸出電路等構(gòu)成。模擬量輸入輸出電路用來輸入或輸出模擬量信號(hào)；而開關(guān)量輸入輸出電路則用來輸入或輸出開關(guān)量信號(hào)。利用鍵盤可以實(shí)現(xiàn)人與儀表之間的聯(lián)系 ,而通信接口則用于使儀表與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。 、 系統(tǒng)軟件 智能型溫度測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)軟件主要由監(jiān)控程序、中斷處理程序以及實(shí)現(xiàn)各種算法的功能模塊等組成。 監(jiān)控程序用于接受和分析各種指令 ,管理和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)各程序的執(zhí)行；中斷處理程序是用于人 —機(jī)聯(lián)系或輸入產(chǎn)生中斷請(qǐng)求以后轉(zhuǎn)去執(zhí)行并及時(shí)完成實(shí)時(shí)處理任務(wù)的程序；軟件的功能模塊用來實(shí)現(xiàn) 儀器的數(shù)據(jù)處理和各種控制功能。 、工作流程 智能型溫度測(cè)量?jī)x的工作流程如圖 12 所示。由溫度傳感器進(jìn)入的模擬信號(hào)（直流電勢(shì)或電阻）經(jīng)過輸入信號(hào)處理 ,即經(jīng)過交換、放大、整形和補(bǔ)償后 ,由 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。此數(shù)字信號(hào)通過接口送入緩沖寄存器以保存輸入數(shù)據(jù)。 微處理器 CPU 對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理、分析、計(jì)算后 ,將運(yùn)算結(jié)果存入讀寫存儲(chǔ)器中。與此同時(shí) ,將數(shù)據(jù)顯示和打印出來；也可將輸出的開關(guān)量經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換成模擬量輸出 ,或者利用串、并行標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。整機(jī)工作過程是在系統(tǒng)軟件控制下進(jìn)行的 。工作模擬量模擬量輸入電路單片機(jī)主機(jī)電路模擬量輸出電路輸出模擬量信號(hào)開關(guān)量輸出電路輸出開關(guān)量信號(hào)通信接口 通信數(shù)據(jù)顯示打印鍵盤開關(guān)量開關(guān)量輸入電路開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 6 程序編制好后寫入只讀存儲(chǔ)器中 ,通過鍵盤可將必要的參數(shù)和命令存入讀寫存儲(chǔ)器中。 圖 12（ 工作流程圖 ） 硬件電路設(shè)計(jì) 、單片機(jī)的選擇 從性能、功能、仿真調(diào)試器的普及程度等各方面考慮， MCS51 系列單片機(jī)是一個(gè)很好的選擇。 此次設(shè)計(jì)所選為 AT89C51 單片機(jī)。 、 A/D 轉(zhuǎn)換器的選用 分辨率： 溫度分辨率要求為 1/2022，須采用 11 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 誤差： 系統(tǒng)誤差要求＜ 1%，考慮到傳感器、放大電路增益、 A/D 轉(zhuǎn)換器、直流基準(zhǔn)電壓等都會(huì)產(chǎn)生誤差，一般選 A/D 轉(zhuǎn)換器的誤 差應(yīng)＜ (1/5～ 1/10)系統(tǒng)誤差，故至少應(yīng)選擇 ≥9～ 10 位（ %）精度的。 兩者相比以要求較高 的 為準(zhǔn)。 轉(zhuǎn)換速度： 由于溫度變化緩慢，對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度無(wú)特殊要求。 4 、 選擇芯片： 可考慮選擇轉(zhuǎn)換速度較慢、精度較高、抗干擾性能較好、價(jià)格低廉的雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器，常用的芯片有 MC14433（ 3 位半 單極性輸入時(shí)相當(dāng)于 11 位）和 ICL7135（ 4 位半 單極性輸入時(shí)相當(dāng)于 15 位）。這兩種 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入電壓范圍均為： UI=177。2V。 MC14433 已經(jīng)完全可以滿足精度要求， 故 選之。直流基準(zhǔn) 電壓由MC1403 提供。 其各個(gè)引腳功能簡(jiǎn)介如圖 21 開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電子信息工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 7 圖 21（ MC14433 引腳排列及功能 圖 ） 、傳感器、 I/U 變換、濾波、標(biāo)度變換電路的選取 傳感器： 精密集成 T/I 變換器 AD590 的各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求 。 I/U 變換、濾波、標(biāo)度變換電路： 為簡(jiǎn)化硬件電路