【正文】 .......................................................................................43河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 前言1前 言在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度檢測(cè)和控制都直接和安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。詳細(xì)來(lái)說(shuō)就是能監(jiān)測(cè)并采集多路的溫度信號(hào)，通過溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出電壓，A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，從而得到與溫度信號(hào)具有一定關(guān)系的數(shù)字量，單片機(jī)采集這些數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行一定的信號(hào)調(diào)理、軟件算法、以及標(biāo)度變換，從而得到一定量的溫度值，再將這一溫度值通過顯示的方式顯示出來(lái)，然后通過按鍵或定時(shí)的控制實(shí)現(xiàn)巡檢，就得到了一個(gè)4路溫度巡檢儀的系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括溫度傳感器，信號(hào)放大電路，A/D 轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理，溫度顯示模塊，控制模塊六個(gè)部分。化學(xué)過程都緊密地與溫度相聯(lián)系。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以單片機(jī)為主的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，形成了智能化的測(cè)量控制儀器，從而引起了儀器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革。例如熱電阻溫度計(jì)，它的測(cè)溫范圍是－200℃~650℃ ,測(cè)量準(zhǔn)確，可用于低溫或溫差測(cè)量，能夠指示報(bào)警、遠(yuǎn)傳、控制變送，但維護(hù)工作量大而且不能記錄；光學(xué)溫度計(jì)測(cè)量范圍是 300℃～3200℃ ，攜帶使用方便，價(jià)格便宜，但是它只能目測(cè)，也就是說(shuō)必須熟練才能測(cè)準(zhǔn)，而且不能遠(yuǎn)傳、控制變送等。智能儀表在測(cè)量過程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理已經(jīng)功能的多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)展。智能化控制儀表的整個(gè)工作過程都是在軟件的控制下自動(dòng)完成的。智能控制儀表在引入單片機(jī)之后，已經(jīng)降低了對(duì)某些硬件電路的要求，但是測(cè)試電路仍然占有很重要的位置，尤其是直接獲取被測(cè)信號(hào)的傳感器部分仍應(yīng)給予充分的重視，有時(shí)提高整臺(tái)儀器性能的關(guān)鍵仍然是在于測(cè)試電路尤其是傳感器的改進(jìn)。與國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)的各種各樣的智能化測(cè)量控制儀表相比，國(guó)際上更是品種繁多。測(cè)量是人類人士和改造世界的一種不可缺少和替代的手段。事實(shí)上，可以說(shuō)，評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家的科技動(dòng)態(tài)，最簡(jiǎn)單快速的辦法就是評(píng)價(jià)這個(gè)國(guó)家的測(cè)量技術(shù)以及測(cè)量數(shù)據(jù)是如何被利用的 。這樣測(cè)量供暖網(wǎng)不同點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)時(shí)，測(cè)點(diǎn)就相當(dāng)分散。此外還有節(jié)能建筑的效果檢驗(yàn)，它需要對(duì)節(jié)能建筑和非節(jié)能建筑的功耗進(jìn)行比較，這同樣需要對(duì)建筑物內(nèi)的房間進(jìn)行分時(shí)的測(cè)量和記錄。在這種情況下，本文設(shè)計(jì)了一種方便使用的液晶顯示溫度數(shù)據(jù)采集器(以下簡(jiǎn)稱溫度數(shù)據(jù)采集器) 分別采用 PT100 鉑電阻作為溫度傳感器來(lái)采集數(shù)據(jù)。主要解決以下內(nèi)容：(1) 對(duì) 4 處不同的測(cè)試點(diǎn)巡回檢測(cè)其溫度，進(jìn)行集中管理，集中控制。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)52 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想不同的控制對(duì)象和不同的要求，應(yīng)該有不同的設(shè)計(jì)思想。從這一點(diǎn)出發(fā)，可以作出總體設(shè)計(jì)思路圖：圖 系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖溫度經(jīng)多采樣、轉(zhuǎn)換后以數(shù)字形式進(jìn)入 CPU 利用 CPU 具有運(yùn)算、邏輯判斷能力、速度快等特點(diǎn)，在它內(nèi)部可以對(duì)這些輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的集中、加工和處理，在溫度參數(shù)的測(cè)量和記錄中則代替大量的常規(guī)顯示和記錄儀表，對(duì)整個(gè)環(huán)境溫度進(jìn)行集中監(jiān)視。(2) 這個(gè)系統(tǒng)要具備一定的抗干擾能力，應(yīng)在硬件和軟件上引入各種抗干擾的措施，以增強(qiáng)它的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。以 A/D590 為例，它的測(cè)溫范圍是－ 55～＋150℃ ，工作電壓是＋4～＋30V。這種方案中的溫度傳感器兼有測(cè)溫和 A/D 轉(zhuǎn)換的功能，輸出值是數(shù)字信號(hào)，所以不必使用 A/D 轉(zhuǎn)換器和相關(guān)的接口芯片，能夠直接進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。 第三種方案：各測(cè)試點(diǎn)的溫度值經(jīng)過測(cè)溫元件熱電偶、熱電阻等，被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這樣得到的多路采樣信號(hào)經(jīng)濾波器、放大器、多路開關(guān)及 A/D 轉(zhuǎn)換電路，由單片機(jī)控制通道 A/D 轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣和 A/D 轉(zhuǎn)換。 顯示器單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱 LED(Light Emitting Diode)；液晶顯示器，簡(jiǎn)稱 LCD(Liquid Crystal Display)；CRT 顯示器。LCD 是一種液晶顯示器件，顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出各種字符，能顯示多位字符。為了避免上述的問題可采用 LCD 顯示，不僅增加了顯示位數(shù)，還能避免因位數(shù)的增加使顯示閃爍的問題。每按下一個(gè)鍵，能自動(dòng)產(chǎn)生這個(gè)鍵的鍵碼，與此同時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，通知 CPU 接收。經(jīng)過以上對(duì)比，可以采用非編碼式鍵盤。(3) 由于硬件電路上沒有線性化，那么軟件勢(shì)必功能很強(qiáng)大，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)尋找盡可能簡(jiǎn)單完善的思路，保證程序易于修改、調(diào)試。系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖見圖 。PT100 是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在50~600℃ 范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)9感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。 PT 后的 100 即表示它在 0℃時(shí)阻值為 100 歐姆，在 100℃時(shí)它的阻值約為 歐姆。 本設(shè)計(jì)中采用的就是逐次逼近式的 ADC0809。1LSB。5V ，177。(8) 使用時(shí)不需進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié)。8 位排列順序是 D7 為最高位， D0 為最低位。在單極性輸入時(shí)，V R(+)=5V，V R()=0V；雙極性輸入時(shí)，V R(+)、VR()分別接正、負(fù)極性的參考電壓。(6) START——A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，正脈沖有效。該信號(hào)在 A/D 轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時(shí)間為高電平。當(dāng)微處理器送出該信號(hào)時(shí)，ADC0808/0809 的輸出三態(tài)門被打開，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。START 的上升沿將逐次逼近寄存器 SAR 復(fù)位，在該上升沿之后的 2μs 加 8個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)( 不定) ，EOC 信號(hào)將變低電平，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進(jìn)行中，直到轉(zhuǎn)換完成后 EOC 再變高電平。在與微機(jī)接口時(shí)，輸入通道的選擇可有兩種方法，一種是通過地址總線選擇，一種是通過數(shù)據(jù)總線選擇。STC89C52 單片機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，低功耗等特點(diǎn)。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。管腳圖如 所示。此時(shí)，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。 P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或者輸出電流方式 )4 個(gè) TTL 輸入。表 和 引腳復(fù)用功能引腳號(hào) 功能特性 T2 (定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)輸入)，時(shí)鐘輸出 T2EX (定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制)P2 端口(～ ，21～28 引腳)：P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 端口。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令 )時(shí)，P2 送出高 8 位地址。 P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流方式 )4 個(gè) TTL 輸入。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)15P3 口除作為一般 I/O 口外，還有其他一些復(fù)用功能，如表 示：表 P3 口引腳復(fù)用功能引腳號(hào) 復(fù)用功能 RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) (外部中斷 0)INT0 (外部中斷 1)1 T0(定時(shí)器 0 的外部輸入 ) T1(定時(shí)器 1 的外部輸入 ) (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)DRST(9 引腳)：復(fù)位輸入。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位 (地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位) 的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。為使能從 0000H 到/VAFFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， 必須接 GND。XTAL1(19 引腳)：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。CGROM 中內(nèi)置了 192 個(gè)常用字符的字模， CGRAM 包含 8 個(gè)字節(jié)的RAM，可存放用戶自定義的字符，DDRAM 就是用來(lái)寄存顯示的字符代碼。第 3 腳：VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)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)17對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影” ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。第 6 腳：E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)液晶模塊執(zhí)行命令。3) 1602LCD 的指令說(shuō)明及時(shí)序1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示，各條指令介紹如下所示：表 控制命令表序號(hào) 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 顯示開/ 關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址10 寫數(shù)到 CGRAM 或DDRAM 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1811 從 CGRAM 或 DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。指令 4：顯示開關(guān)控制。指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。指令 11：讀數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)輸入在本設(shè)計(jì)中信號(hào)輸入部分所采用的接法如圖 所示，通過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)換器進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，再送到單片機(jī)進(jìn)行處理，將電壓轉(zhuǎn)換成溫度。OP07是一種高精度單片運(yùn)算放大器，具有很低的輸入失調(diào)電壓和漂移。OE=0；取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換開始EOC=1A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束N地址數(shù)加 1 小于 8本路數(shù)據(jù)采集 N 次返回YNNY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)21圖 A/D 溫度采集總流程圖單路熱電阻電壓采集子程序?yàn)椋?***********************單路熱電阻電壓采集*************************/void adc_0809(uchar adc_in) { uchar i。iN。_nop_()。temp=P1。 }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)22 }由于輸出顯示采用 LCD1602，設(shè)計(jì)為同時(shí)顯示兩路溫度，在熱電阻電壓總循環(huán)采集子程序中，每個(gè)周期需要 2 次采集循環(huán)。139。 //選擇 AD 輸入通道； case 1:l1=39。,adc_in1=2,adc_in2=3。639。,l2=39。lu2。 delay1us(5)。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)23delay1us(5)。因此，調(diào)理電路應(yīng)完成輸入電壓與輸出電壓的對(duì)應(yīng)變換： mV 與 0 V； mV 與 5 V；由于輸出電壓為 0V~ 5V，則： mV – = 式()即： 與 5V 的對(duì)應(yīng)變換。電路由5V 提供電路電源供電 R12，PT100 與 R12 電阻值相對(duì)較小，流經(jīng) R12 中的電流可視為恒流源。 temp=P1。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。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 ℃。 //由式()得 rpt；G 為輸入電壓二級(jí)增益； delay1us(5)。 j=i1。必須通過多次采樣得到一個(gè)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)26A/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。模擬濾波器是主要采用R、L 、C等無(wú)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。3) 去極值平均濾波：去掉最大最小值后求平均值。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。 uint sum=0,buf=0。 }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(j=0。i++) { if(adc_buf[i]adc_buf[i+1]) { buf=adc_buf[i]。countN1。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。 //清屏幕指令，將以前的顯示內(nèi)容清除； delay1us(5)。i9。 //設(shè)定 CGRAM 地址； delay1us(5)。 //寫入自定義圖形 ℃； } delay1us(5)。 //設(shè)定屏幕上 lcd_line2 的顯示位置；