【正文】 單片機(jī)的片內(nèi) A/D 模塊，把測溫電橋的輸出信號采集到單片機(jī)內(nèi)部，再設(shè)定和調(diào)試相關(guān)參數(shù)，把溫度數(shù)據(jù)通過 RS232 串口線上傳給上位機(jī)，再由上位機(jī)進(jìn)行控制及相關(guān)參數(shù)的實(shí)時顯示和記錄。從 17 世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測量。 常用溫度傳感器的分類 溫度傳感器是溫度測量儀表的核心 部分，品種繁多。這種儀表可用來測量運(yùn)動物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。 在溫度測量方面各國均取得了很多成果 ,其中前蘇聯(lián)的壓電石英頻率溫度計(jì)分辨能力可達(dá) ℃ ,理論上可達(dá) ℃ ,而且在 40℃ ~230℃范圍內(nèi)具有溫度與頻率的線性特性 。 2)輻射測溫技術(shù) 隨著光電和紅外探測器的發(fā)展 ,出現(xiàn)了多種多樣的紅外測溫儀 ,紅外測溫技術(shù)得到了更多的應(yīng)用。還有一種測量鋼水溫度的消耗型光纖溫度傳感器 ,也是基于以上原理 ,由普通石英光纖實(shí)現(xiàn)測溫 ,因其價(jià)格低、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)可以取代消耗型貴金屬熱電偶。高精度的溫度測量能夠提高生產(chǎn)的安全性和產(chǎn)品質(zhì)量。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 9 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第二章 傳感器、單片機(jī)及開發(fā)工具 熱電阻 熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫 度檢測器。 工作原理 熱電阻的測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。 三線制要求引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同，測量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個橋臂電阻，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，當(dāng)橋路平衡時，通過計(jì)算可知 ： 13 1t22RR RrR = + r (21) 其中 r 為導(dǎo)線等效電阻， 當(dāng) R1=R2 時，導(dǎo) 線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響，這樣就消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差，但是必須為全等臂電橋，否則不可能完全消除導(dǎo)線電阻的影響，但分析可見，采用三線制會大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線制接法。 通常使用的鉑電阻溫度傳感器有 Pt100， Pt1000，按 IEC751 國際標(biāo)準(zhǔn) ， 溫度系數(shù) TCR=， Pt100（ R0=100Ω）、 Pt1000（ R0=1000Ω）為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型鉑電阻。 MC9S12XS128就是 S12X系列中的一個成員。具體設(shè)置 過程 可以 參考 MC9S12XS128 數(shù)據(jù)手冊 。中斷機(jī)制是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施之一，它在系統(tǒng)中起著通信網(wǎng)絡(luò)作用，以協(xié)調(diào)系統(tǒng)對各種外部事件的響應(yīng)和處理。編程時，程序員并不直接與 “發(fā)送移位寄存器 ”和 “接收移位寄存器 ”打交道，只與數(shù)據(jù)寄存器打交道，所以 MCU 中并沒有設(shè)置 “發(fā)送移位寄存器 ” 和 “接收移位寄存器 ”的映像地址。而逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率高，常用于 MPU 中。此外，在使用一些特殊的傳感器來實(shí)現(xiàn)特殊功能時，還要采用其他的濾波算法。該集成環(huán)境是一個多線程應(yīng)用，能在內(nèi)存中保存狀態(tài)信息、符號變和對象代碼，從而提高操作速度；能夠跟蹤代碼變化，進(jìn)行自動編譯和連接。 圖 Protel DXP 2020 操作 界面 Protel DXP 2020 的有如下特點(diǎn)： 1 、通過設(shè)計(jì)檔包的方式，將原理圖編輯、電路仿真、 PCB 設(shè)計(jì)及打印這些功能有機(jī)地結(jié)合在一起，提供了一個集成開發(fā)環(huán)境。 Visual Basic 上位機(jī)系統(tǒng) Visual Basic 是一種由微軟公司開發(fā)的包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動編程語言。中間位置主要是顯示窗口，左邊則是顯示溫度的波形的。上位機(jī)軟件系統(tǒng)、測溫探頭之間的通過 RS232 總線進(jìn)行通訊 ， 圖 為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖 。 2).電源模塊：為各個電路模塊提供電源，本系統(tǒng)采用的電源芯片為 TL43LM29 LM7812。而且 傳輸距離有限，最大傳輸距 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 19 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 離標(biāo)準(zhǔn)值為 50 英尺，實(shí)際上也只能用在 15 米左右 。當(dāng)點(diǎn)擊“停止顯示”后，溫度波形將不再顯示。 圖 （ a） Visual Basic 操作 界面 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 17 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 (b) 溫度測量監(jiān)控 界面 為了滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，此上位機(jī)具備了多項(xiàng)功能。 5 、提供了強(qiáng)大的查錯功能。 Protel DXP 2020 已不是單純的 PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)工具，而是由多個模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是 SCH（原理圖）設(shè)計(jì)、 SCH（原理圖）仿真、 PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)、 Auto Router（自動布線器）和 FPGA 設(shè)計(jì)等，覆蓋了以 PCB 為核心的整個物理設(shè)計(jì)。 CodeWarrior 分為 3 個版本 ：特別版、標(biāo)準(zhǔn)版和專業(yè)版，其中特別版是免費(fèi)的。而采樣速率是指完成一次 A/D 采樣所花費(fèi)的時間。 模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換 模塊 A/D 轉(zhuǎn)換模塊（ Analog To Digital Convert Module）即模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其功能是將外部的電信號轉(zhuǎn)換相應(yīng)的數(shù)字信號。為了能夠設(shè)置通信格式、是否校驗(yàn)、是否允許中斷等， SCI 應(yīng)具有 相應(yīng)的 控制寄存器。 MCU 在進(jìn)行 實(shí)時控制、故障自動處理、計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送 時 往往采用中斷系統(tǒng)。由于 MCU 的支撐電路一般需要 外部時鐘源向 MCU 提供時鐘信號，由于過高頻率的外部時鐘容易受到干擾，則一般外部時鐘選擇一般不能使用太高的頻率。HC12核心是 16位高速 CPU12核，總線速度 8MHZ； HCS12系列單片機(jī)以速度更快的CPU12內(nèi)核為核心，簡稱 S12系列，典型的 S12總線速度可以達(dá)到 25MHZ。 熱電阻 Pt1000 介紹 0 5 0 1 0 01 0 0 0 . 0 01 3 8 5 . 0 61 1 9 3 . 9 7R （ Ω ）T ( ℃ ) 圖 Pt1000 溫度特性曲線 鉑電阻傳感器是利用金屬鉑（ Pt）的電阻值隨溫度變化而變化的物理特性而 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 11 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 制成的溫度傳感器。 工業(yè)用熱電阻 安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對 測量結(jié)果 會有較大的影響。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。對于自熱效應(yīng)，根據(jù)元件發(fā)熱公式 P=I2R，必須使流過元件的電流足夠小才能使其發(fā)熱量小，傳感器才能檢測出正確的溫度。 如超過 ℃ 就意味著出現(xiàn)事故 , 人員可能就要撤離。(4)從點(diǎn)測量發(fā)展到二維面測量 。 傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻測溫方法以其技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點(diǎn) ,在未來溫度測量領(lǐng)域中 ,依然能夠廣泛使用。只有對黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實(shí)溫度。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。 隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高 ,人們也迫切需要檢測與控 制溫度 :如大氣及空調(diào)房中溫度的高低 ,直接影響著人們的身體健康；在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線上 ,環(huán) 境溫度不適當(dāng) ,會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量；恒溫育苗室內(nèi)溫度的控制對育苗的質(zhì)量影響也很大。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要 前提 。 摘 要 溫度的精密控制對現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的影響越來越深，而高精度的溫度測量技術(shù)是決定溫度控制精度的前提。溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。 溫度傳感器 作為在各種控制場合經(jīng)常使用的傳感器，它的性能好壞會直接影響到系統(tǒng)性能。但對于運(yùn)動體、小目標(biāo)或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差，常 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 6 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。如欲測定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。隨著新材料、新工藝以及一些新技術(shù)的發(fā)展 ,其應(yīng)用范圍更加拓展。(5)紅外測溫儀具有小型化和智能化的特點(diǎn)。因此水溫差測量是煉鐵過程中的一項(xiàng)重要工作 , 水溫差測量的精度 要求也很高 [6]。但是過小的電流又會使信噪比下降，精度更是難以保證。 工業(yè)測量 用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵 —鎳 、 鎢 、 銀 等。目前熱電阻的引線主要有三種方式： 二線制 、 三線制 、 四線制 ，如下圖所示： BARt 圖 (a) 兩線制 CBARt 圖 (b) 三線制 DBARtC 圖 (c) 四 線制 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 10 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊