【正文】 。編制完善的監(jiān)控程序的某些模塊，能夠取代某些硬件電路的功能。傳感器正朝著小型、固態(tài)、多功能和集成化的方向發(fā)展。 課題的提出 測(cè)量是運(yùn)用專門的工具，根據(jù)物理、化學(xué)、生物等原理，通過試驗(yàn)和計(jì)算找到被測(cè)量的量值。測(cè)量技術(shù)是一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)的水平的反應(yīng)。 這些領(lǐng)域的測(cè)量具有本身獨(dú)特的特點(diǎn)，例如在供暖網(wǎng)的系統(tǒng)中，它存在如下特點(diǎn)： (1) 作用半徑大，測(cè)點(diǎn)分散。要對(duì)管網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行分析研究，管網(wǎng)的分時(shí)運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量和記錄非常重要。另外一些別的專業(yè)的科學(xué)試驗(yàn)中，溫度也是非常重要的一個(gè)測(cè)量參數(shù)。微處理器采 用穩(wěn)壓電源進(jìn)行供電，這樣可以省去電池供電所帶來的如工作時(shí)間有限電壓不穩(wěn)定以及電壓的下降而影響整個(gè)系統(tǒng)的工作精度和穩(wěn)定性的問題。 (3) 系統(tǒng)要有較強(qiáng)的抗干擾性能 。儀表內(nèi)部除單片機(jī)以外的其他部分均可以看作是單片機(jī)的外設(shè)部分。 4 路溫度巡檢儀應(yīng)對(duì)各種的溫度進(jìn)行檢測(cè)，所以它是一個(gè)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。 根據(jù)以上要求，硬 件電路有以下幾個(gè)方案可供選擇。 第二種方案：選用先進(jìn)的數(shù)字式溫度傳感器，將采集到的數(shù)字式信號(hào)直接送入單片機(jī)進(jìn)行處理。同上方案相比有明顯的優(yōu)勢(shì)和廣泛的開發(fā)前景。 由于本課題的溫度巡檢儀主要是面向較高溫度。發(fā)光二極管 LED 是智能化測(cè)量控制儀表中簡(jiǎn)單而常用的輸出設(shè)備，通常用來指示機(jī)器的狀態(tài)或其他信息。 CRT 顯示器可以進(jìn)行圖形顯示，但是接口較復(fù)雜，成本也較高。 鍵盤 鍵盤是一組按鍵的組合，它的主要作用是控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)和命令，有編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩類。 非編碼式鍵盤僅由排成行、列矩陣形式的按鍵組成，按鍵的作用只是簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的接通或斷開，鍵的去抖動(dòng)、鍵的編碼的形 成和鍵識(shí)別等均由軟件來完成。 (2) 保證本系統(tǒng)高可靠性的運(yùn)行，儀器本身要具備很強(qiáng)的抗干擾能力，為此應(yīng)在硬件及軟件設(shè)計(jì)上引入各種抗干擾措施。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括溫度信號(hào)采集單元，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，溫度顯示單元。 鍵盤在本系統(tǒng)種是操作員控制巡檢儀的唯一途徑，是安裝調(diào)試的必備手段，當(dāng)希望更改 報(bào)警溫度上下限 時(shí)，就可以通過鍵盤來 改變 。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將 PT100 電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來后存入 EEPROM 中，根據(jù) 電路中實(shí)測(cè)的 AD 值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值。 表 PT100 熱電阻分度表 溫度 ℃ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 電阻值 (Ω) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換的基本方法有幾十種，常用的有計(jì)數(shù)法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。 (2) 總的不可調(diào)誤差： ADC0808 為 177。 (4) 單一電源： +5V。 (6) 具有可控三態(tài)輸出緩存器。內(nèi)部各部分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中已 一目了然，在此就不再贅述，下面僅對(duì)各引腳定義分述如下： 圖 ADC0808/0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 (1) IN0～ IN7——8 路模擬輸入，通過 3 根地址譯碼線 ADDA、 ADDB、 ADDC來選通一路。地址信號(hào)與選中通道對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 所示。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)， A、 B、 C 三位地址信號(hào)被鎖存，譯碼選通對(duì)應(yīng)模擬通道。如正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)又接到新的啟動(dòng)脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進(jìn)程被中止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換。在需要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下， EOC 也可作為啟動(dòng)信號(hào)反饋接到 START 端，但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動(dòng)。 3) 工作時(shí)序 地 址 選中通道 ADDC ADDB ADDA 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 12 ADC 0808/0809 的工作時(shí)序如圖 所示。 圖 ADC 0808/0809 工作時(shí)序 模擬輸入通道的選擇可以相對(duì)于轉(zhuǎn)換開始操作獨(dú)立地進(jìn)行 (當(dāng)然，不 能在轉(zhuǎn)換過程中進(jìn)行 ) ，然而通常是把通道選擇和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換結(jié)合起來完成 (因?yàn)锳DC0808/0809 的時(shí)間特性允許這樣做 )。為此，最好利用EOC 上升沿產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，而不是靠高電平產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。同時(shí)，它還具有高級(jí)河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 13 語言編程的特點(diǎn)，指令豐富，軟件開發(fā)簡(jiǎn)單。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種 軟件 可選擇節(jié)電模式。 綜上所述 STC89C52 單片機(jī)是一款性價(jià)比很高的單片機(jī)芯片，特別適合于儀器儀表的應(yīng)用。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載，對(duì)端口 P0 寫入 ―1‖時(shí)，可以作為高阻抗輸入。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。對(duì)端口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 在對(duì) Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)期間， P2 也接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3 做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一個(gè)電流?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后， RST 引腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。在 Flash 編程時(shí)，此引腳 (PROG )也用作編程輸入脈沖。這一位置 ―1‖， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOV 指令時(shí)有效。當(dāng) AT89C51RC 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩 次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 LCD1602 1602 是 2 行 16 個(gè)字符的字符型 LCD 顯示器，它由 32 個(gè)字符點(diǎn)陣塊組成，每個(gè)字符點(diǎn)陣塊由 57 或 510 個(gè)點(diǎn)陣組成，可以顯示 ASCII 碼表中的所有可視的字符。 表 1602 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 LCD 引腳功能介紹： 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 15 腳：背光源正極。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 指令 5： 光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 溫度采集 溫度采集包括數(shù)據(jù)輸入通道，模擬開關(guān)，采樣 /保持， A/D 轉(zhuǎn)換器等。 AD620是儀用放大器，輸入偏置電流小，精度高，增益設(shè)置和調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單。 A/D 采集信號(hào) 模 /數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換測(cè)量子函數(shù)用來控制對(duì) ADC0809的 4路模擬輸入的微小信號(hào)，即恒流源電路采集到的信號(hào)經(jīng)過放大電路進(jìn)行放大后，送入到 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入端的信號(hào)，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值移入內(nèi)存單元。 ADD_A=0； ADD_B=0； ADD_C=0。 _nop_()。 _nop_()。 //存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)； delay1us(5)。熱電阻電壓總循環(huán)采集子程序?yàn)椋? /***********************熱電阻電壓總循環(huán)采集 ***********************/ void main_0809(char l) { uchar bai,shi,l1,l2,adc_in1,adc_in2,tx,lu。239。,l2=39。539。 //選擇 AD 輸入通道 ； case 3:l1=39。,adc_in1=6,adc_in2=7。 delay1us(5)。 delay1us(5)。此中包括 AD 測(cè)得的值為電壓值，電壓與溫度轉(zhuǎn)換的關(guān)系式； PT100的線性化處理；在采集過程中，由于外界干擾對(duì)采集到的數(shù)據(jù)的影響，做出相應(yīng)的處理。第一級(jí)放大 電路的增益確定為 20 倍，第二級(jí)為 2 倍。 因此根據(jù) ： PT100R0=U/I 式 () 得： I=() 而 ： AD=I*(PT100100)*G 式 () 這里的 AD 值為 A/D 轉(zhuǎn)換得結(jié)果， G 為放大器的增益，本設(shè)計(jì)中的二級(jí)放大器放大的倍數(shù)為 40 倍。 //adc 為所測(cè)得電壓值的十進(jìn)制數(shù)； } 通過插值算法校正 PT100 的非線性度 由 PT100 的特性可知，雖然 PT100 的線性度比較好，但是由于其溫度 —電阻函數(shù)關(guān)系并非線性，用單片機(jī)運(yùn)算則占用資源和時(shí)間都比較多。例如 本次設(shè)計(jì)是在0～ 200℃ 范圍內(nèi)每隔 5℃ 標(biāo)定一個(gè) PT100 的電阻值，即共 41 個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，分別記作R[i]， i 取 0～ 41，對(duì)應(yīng)的溫度記作 Ti=i*5。 adc=filter()。rptR[i]。 //M為電阻 —溫度分度表兩個(gè)電阻相隔的溫度度數(shù)； return tx。 這種方法就是數(shù)字濾波。數(shù)字濾波的前提是對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采樣，在單片機(jī)系統(tǒng)中一般有以下幾種方法： 1) 中值濾波：一般采樣 7次，排序后取中間值。 5) 滑動(dòng)平均濾波：本次采樣值和前 n次采樣值求平均。 去極 值平均濾波 子程序?yàn)椋? /***********************去極值 平均濾波 *************************/ uchar filter() { char count,i,j。countN。j++) //把 N 個(gè)采樣數(shù)據(jù)按大小排列； { 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn) 27 for(i=0。 adc_buf[i+1]=buf。 } return (sum/N2)。 溫度顯示程序總流程圖如圖 所示： 河南城建學(xué)。 以上章節(jié)已經(jīng)將溫度檢測(cè) 并 計(jì) 算出，存儲(chǔ) 到 方便 LCD 顯示的單元。countN1。i++) { if(adc_buf[i]adc_buf[i+1]) { buf=adc_buf[i]。 } for(j=0。 uint sum=0,buf=0。因明顯干擾或粗大誤差使采樣值遠(yuǎn)離其實(shí)際值，可以比較容易地將其剔除，不參與平均值計(jì)算，從而使平均濾波的輸出值更接近真實(shí)值。 3) 去極值平均濾波：去掉最大最小值后求平均值。模擬濾波器是主要采用 R、 L、 C等無源 器件組成的濾波電路或由運(yùn)放和 R、 C組成的有源濾波器。必須通過多次采樣得到一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)序列，通過軟件算法處理后才能得到一個(gè)可信度較高的結(jié)果。 j=i1。 //由式 ()得 rpt； G 為輸入電壓二級(jí)增益； delay1us(5)。 查 Rx=，表得 R[6]RxR[7]， R[6]＝ ， R[7]＝ 即： Ti=i*5=6*5=30℃ 式 () 代入 式 () 得： tx=Ti+5*(RxR[6])/(R[7]R[6]) =30+5*()/() = 此時(shí)實(shí)測(cè)對(duì)象的溫度 tx 為 ℃ 。 要查表首先要在單片機(jī)的 ROM 區(qū)建立一個(gè)電阻 —溫度分度表，在檢測(cè)值的范圍內(nèi)均勻選擇若干個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，標(biāo)定的點(diǎn)數(shù)越多則表格越大，對(duì)系統(tǒng)的描述也越精確。 temp=P1。電路 由 5V 提供電路電源供電 R12， PT100 與