【正文】 ～ 銅 0～ 180 ～ 熱敏電阻 50～ 350 ～ 體積小，響應(yīng)快，靈敏度高，線性差，需注意環(huán)境溫度影響 非接觸式 輻射溫度計(jì) 800～ 3500 1 非接觸測(cè)量，不干擾被測(cè)量度場(chǎng)，輻射率影響小，應(yīng)用簡(jiǎn)便 光高溫度計(jì) 700～ 3000 1 熱探測(cè)器 200～ 2021 1 非接觸測(cè)溫，不干擾被測(cè)溫度場(chǎng)，響應(yīng)快，測(cè)溫范圍大，適于測(cè)量溫度分布，易受外界干擾，標(biāo)定困難 熱敏電阻探測(cè)器 50～ 3200 1 光子探測(cè)器 0～ 3500 1 其 他 示溫涂料 碘化銀，二碘化貢，氯化鐵，液晶等 35～ 2021 1 測(cè)溫范圍大，經(jīng)濟(jì)方便，特別適于大面積連 續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)零件上的測(cè)量，精度低，人為誤差大 多功能智能化溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 11 表 常用的測(cè)溫方法、類(lèi)型及特點(diǎn) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程 [14] 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程如圖所示。 4 對(duì)該儀器的功能進(jìn)行了初步認(rèn)定，從原理和實(shí)際意義上分析了該儀器的測(cè)量誤差。詳細(xì)的開(kāi)發(fā)過(guò)程可以參閱有關(guān)的資料。各個(gè)階段所完成的主要工作概述如下： 總體設(shè)計(jì)主要包括確定技術(shù)指標(biāo)，機(jī)型及器件選擇，軟、硬功能劃分等。 ④ 完成總體設(shè)計(jì)，完成各分課題的任務(wù)，組成計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。有關(guān)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般開(kāi)發(fā)、研制方法論述如下： 多功能智能化溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 7 1） 組成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本方法 用單片機(jī)組成應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，實(shí)際問(wèn)題的領(lǐng)域很寬，要求各不相同，組成的方案也千差萬(wàn)別，很難有一個(gè)固定的模式適應(yīng)一切問(wèn)題，但考慮問(wèn)題的基本方法大體相似。 (5) 單片機(jī)在人類(lèi)生活中的應(yīng)用 自從單片機(jī)誕生以后，它就步 入了人類(lèi)生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛(ài)。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。 單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高 了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。 單片機(jī)的這種高性能，低價(jià)格是它最顯著的一個(gè)特點(diǎn)。例如， 80C51是通用型單片機(jī)，它不是為某種專(zhuān)用途設(shè)計(jì)的；專(zhuān)用型單片機(jī)是針對(duì)一類(lèi)產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成 ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。 多功能智能化溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 4 （ 3）第三階段（ 19821990）： 8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及 16 位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。 （ 2）第二階段（ 19781982）單片機(jī)的完善階段。熱輻射高溫計(jì)通常分為兩種 :一種是單色輻射高 溫 計(jì) ，一般稱光學(xué) 高溫計(jì) 。利用此原理制成的溫度計(jì)大致分成三大 類(lèi) : 玻璃溫度計(jì)、雙金屬溫度 計(jì)、壓力式溫度計(jì)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)地標(biāo)定溫度檢測(cè)器。同時(shí)利用新的檢測(cè)技術(shù)制造出新的產(chǎn)品。 (1) 擴(kuò)展檢測(cè)范圍。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛檢測(cè)元件之一。突出民用產(chǎn)品的低成本多動(dòng)能的特點(diǎn)。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，將組成 CPU的部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，這個(gè)具有CPU功能的大規(guī)模集成電路芯片就稱之為微處理器（ MPU）。實(shí)際儀器采用抗干擾、低零漂、低溫漂的電子元件，性能穩(wěn)定。該測(cè)量?jī)x總體特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)便、實(shí)用、使用對(duì)象廣、并且實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化 。微處理器的出現(xiàn)，推動(dòng)了微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，同時(shí)也引起了電子設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域的探到變革 — 電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)人員，使之可以把微處理器部件像其他集成電路一樣嵌入到電子系統(tǒng)中，使電子系統(tǒng)具有可編程序的智能化特點(diǎn)，開(kāi)辟了計(jì)算機(jī)技術(shù)在電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊大地。按照選題要求應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量精度 0。 熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)，因此廣泛作為溫度 傳感器的敏感元件?，F(xiàn)在工業(yè)上通用的溫度檢測(cè)范圍為一 200^30000C，而今后要求 能 測(cè) 量超高溫與超低溫。 (4) 適應(yīng) 特殊環(huán)境的測(cè)溫。 根據(jù)上述要求，國(guó)內(nèi)外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展 [1]。 (2) 利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測(cè)元件。一種是全輻射高溫計(jì)，它的原理是物體吸收熱輻射后 ，視物體本身的性質(zhì)，能將它吸收、透過(guò)或反射。 Intel 公司在 MCS48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列 MCS51。 Intel 公司推出的 MCS – 96系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。 2. 總線型 /非總線型 這是按單片機(jī)是否提供并行總線來(lái)區(qū)分的。單片機(jī)盡可能把應(yīng)用所需要的存儲(chǔ)器，各種功能的 I/O 口都繼承在一塊 芯片內(nèi)，使之成為名副其實(shí)的單片機(jī)。 單片機(jī)是電子計(jì)算機(jī)這個(gè)龐大家族中的一個(gè)特殊品種，體積雖小，但 “ 五臟俱全 ” ，它非常適用于專(zhuān)門(mén)的控制用途。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。 (3) 單片機(jī)在實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用 單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。單片機(jī)將使人類(lèi)生活更加方便、舒適、豐富多彩。對(duì)一般的應(yīng)用系統(tǒng)，大都要經(jīng)歷如下步驟： ① 提出問(wèn)題，了解現(xiàn)場(chǎng)，明確指標(biāo)。 ⑤ 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、修改、完善。硬件設(shè)計(jì)主要包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片的選擇和設(shè)計(jì)； I/O 電路、 A/D、 D/A 及有關(guān)外圍電路的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)地址譯碼電路、總線驅(qū)動(dòng)器等的設(shè)計(jì)等。 本章主要分析了國(guó)內(nèi)外溫度測(cè)試的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢(shì)，系統(tǒng)的介紹了本課題主要用到單片機(jī) 。 5 介紹本儀器的優(yōu)點(diǎn)及不足，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展提出了展望。 圖 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程 各模塊的方案設(shè)計(jì) 選擇溫度傳感器器件 [1] 常用的熱電傳感器有熱電阻、熱電偶、集成溫度傳感器等。 （ 3） AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。由于 AD590 精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。 多功能智能化溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 13 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的被測(cè)控參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位、成份、速度等都是連續(xù)變化的量，習(xí)慣上稱為模擬量，而計(jì)算機(jī)所需要的則是離散的數(shù)字量?？刹捎?12h或 24h方式計(jì)時(shí)，采用雙電源 (主電源和備用電源 )供電，可設(shè)置備用電源充電方式，芯片為 8引腳小型 DIP封裝 包括 A/D接口、 D/A接口、 LED顯示器接口等。這些芯片雖 然具有精度好、分辨率高，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格很高，增大了系統(tǒng)成本，為此可使用各種 A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)成廉價(jià)的 A/D。速度最快，但成本高。 8 位 A/D 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)束 P1 單片機(jī) 8031 8051 8751 P20 INT 鎖存器 VINN 多功能智能化溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 15 圖 A/D轉(zhuǎn)換器硬件與單片機(jī)連接的方式 若 A/D轉(zhuǎn)換器中帶鎖存器，可與單片機(jī)直連；若 A/D片中不帶鎖存器，則在單片機(jī)與 A/D之間要家鎖存器（如圖 ），如 74LS373等。在電路中為 8279擴(kuò)展工 /0控制的 8位共陰極 LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路。 8279芯片是一種專(zhuān)用于鍵盤(pán)、顯示器的接口器件，它能對(duì)顯示器自動(dòng)掃描，能識(shí)別鍵盤(pán)上閉合鍵的鍵號(hào)，提高 CPU的多功能智能化溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 16 工作效率。 1）電源 供電系統(tǒng) 為了克服電網(wǎng)以及自本系統(tǒng)其他元件的干擾，可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓、線濾波器、穩(wěn)壓電路各級(jí)濾波等防干擾措施。電壓型集成溫度傳感器一般是三線制，其溫度系數(shù)約為 10mV/℃，電流 型集成溫度傳感器一般為兩線制，其溫度系數(shù)越為 mV/K，常用的有 LM134/23TMP1 AK590、 AD592 等，電流型傳感器信號(hào)適合于遠(yuǎn)距離傳輸而無(wú)衰變。 d、輸出電阻為 710M?。 圖 是簡(jiǎn)化的電流型集成溫度傳感器的基本 原理圖，圖中晶體管 1VT 、 3VT 、 9VT 、11VT 是最關(guān)鍵的元件，管子旁邊標(biāo)注的數(shù)字是發(fā)射區(qū)的等效個(gè)數(shù)，如 PNP 管 1VT 和 3VT 的發(fā)射區(qū)面積是 6VT 管發(fā)射區(qū)的 2 倍。 由上 （ ）、（ ）、（ ）式 可以得到 91 6 611ln ln 8SSIkT kTI R Rq I q?? （ 9 118SSII? ） () 由以上分析可得到，芯片總工作電流 0I 為 0 1 63 ln 8kTI I Rq?? 或 01I kT? () 式中，01 63 ln 8kIk qR?? 上式表明：總電流 I0 與絕對(duì)溫度成正比。相當(dāng)于 ADC 的轉(zhuǎn)換開(kāi)始（ /CS=0），當(dāng) /WR 由 HI 變?yōu)?HO時(shí)，轉(zhuǎn)換器被清除：當(dāng) /WR 回到 HI時(shí)轉(zhuǎn)換正式開(kāi)始。 在使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： (1) 轉(zhuǎn)換時(shí)序 當(dāng) CS與 WR同時(shí)為低電平 A/D轉(zhuǎn)換器被啟動(dòng)切在 WR 上升沿后 100 模數(shù)完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時(shí)， INTR 自動(dòng)變?yōu)榈碗娖剑硎颈敬无D(zhuǎn)換已結(jié)束。 (4) 接地 模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中要特別注意到地線的正確連接，否則干擾很?chē)?yán)重，以至影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。 MCS51系列單片機(jī)程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)展 64KB。常用的 EPROM 芯片有276 2712 2725 27512 等芯片。由于本設(shè)計(jì)中鍵的數(shù)量不是很多，所以在此我們選用獨(dú)立式鍵盤(pán)控制。動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件電路（如 I/O口、驅(qū)動(dòng)器等）；多功能智能化溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 25 缺點(diǎn)是采用軟件掃描時(shí)占用 CPU時(shí)間多，如采用硬件 掃描時(shí)將增加硬件成本。在此儀器的設(shè)計(jì)中， LED顯示器的顯示方式采用的是動(dòng)態(tài)顯示方式。這一功能由一片 DAC0832來(lái)完成，由于 DAC0832是一種電流輸出型 D/A芯片，因此其后端接一片運(yùn)算放大器構(gòu)成反相輸出電路以實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)輸出，然后再接入 1片多路模擬開(kāi)關(guān) CD4051，將輸出擴(kuò)展為 8路。 ILE : 允許數(shù)字輸入線，當(dāng) ILE為高電平時(shí)，允許數(shù)字量輸入 。 DAC0832工作于直通方式時(shí)一般將控制信號(hào) CS、 XFER、 WRWR2直接接地， ILE管腳接高電平，則兩個(gè)寄存器都處于常通狀態(tài)，寄存器中的數(shù)據(jù)跟隨輸入數(shù)據(jù)的變化 而變化， D/AZ轉(zhuǎn)換器的輸入也同時(shí)跟隨變化。在單片機(jī)的 XTAL1和 XTAL2兩個(gè)管腳，接一個(gè)晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。電阻電容器件的參考值為 R1=200?， R2=1K?， C3=22?A。如果驅(qū)動(dòng)電路能力差，即負(fù)載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動(dòng)電路長(zhǎng)期在超負(fù)荷下運(yùn)行容易損壞。 4位一體的時(shí)鐘型 LED 顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由 4個(gè)單獨(dú)的 LED 和一個(gè)“：” LED組成，每個(gè) LED 的段輸出管腳在內(nèi)部并聯(lián)后引出到器件的外部。這類(lèi)芯片的型號(hào)有 74LS4 74LS4 74LS24 74LS248 等。 多功能智能化溫度測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 29 圖 動(dòng)態(tài)掃描顯示電路的原理框圖 LED 顯示器的選擇 在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)要求不同，使用的 LED 顯示器的位數(shù)也不同，因此生產(chǎn)廠家就生產(chǎn)了多種位數(shù)、尺寸、型號(hào)不同的 LED 顯示器。 LED 顯示電路設(shè)計(jì)與器件選擇 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。石英晶體選擇 6MHz或 12MHz都可以，起結(jié)果只是機(jī)器周期時(shí)間不同，影響計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值。主要用于穩(wěn)定積分、精密加法比較、閩值電壓檢測(cè)、微弱信號(hào)精確放大等場(chǎng)合。 WR1和 WR2:寫(xiě)命令輸入線， WRI用于控制數(shù)字量到輸入 寄存器，若 WR2為 `139。 芯片的選擇 (1) D/A轉(zhuǎn)換器選用 DAC0832 該芯片是 8位分辨率的 D/A集成芯片，與微處理機(jī)完全兼容，具有價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控 制容易等優(yōu)點(diǎn)，主要有如下特點(diǎn) A)可單緩沖或雙緩沖數(shù)字輸入 。這樣雖然在任何一時(shí)刻只有一位顯示器被點(diǎn)亮，但是由于人眼具有視覺(jué)殘留效應(yīng)，看起來(lái)與全部顯示器持續(xù)點(diǎn)亮效果完全一樣。 在此電路中為 8279擴(kuò)展 I/0控制的 8位共陰極 LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路。液晶顯示器 LCD (Liquid Crystal Display)。在本次設(shè)計(jì)中用到的是 27256 芯片。 對(duì)于 單片機(jī)片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器時(shí)，硬件設(shè)計(jì)時(shí)管腳 EA 接 +5V， CPU 在取指令時(shí)， PC值小于片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量時(shí)讀取片內(nèi)的程序指令，而當(dāng) PC 值大于片內(nèi)存儲(chǔ)器容量時(shí)讀取片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令，此時(shí) PSEN 作為片內(nèi)存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在線路設(shè)計(jì)中，必須將所有的器件的模擬地和數(shù)字地分別連接，