【正文】 ～ 銅 0～ 180 ～ 熱敏電阻 50～ 350 ～ 體積小，響應快，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 800～ 3500 1 非接觸測量，不干擾被測量度場，輻射率影響小，應用簡便 光高溫度計 700～ 3000 1 熱探測器 200～ 2021 1 非接觸測溫，不干擾被測溫度場，響應快，測溫范圍大，適于測量溫度分布，易受外界干擾，標定困難 熱敏電阻探測器 50～ 3200 1 光子探測器 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 測溫范圍大，經(jīng)濟方便，特別適于大面積連 續(xù)運轉(zhuǎn)零件上的測量，精度低，人為誤差大 多功能智能化溫度測量儀設計 11 表 常用的測溫方法、類型及特點 單片機應用系統(tǒng)的研制過程 [14] 單片機應用系統(tǒng)的研制過程如圖所示。 4 對該儀器的功能進行了初步認定，從原理和實際意義上分析了該儀器的測量誤差。詳細的開發(fā)過程可以參閱有關(guān)的資料。各個階段所完成的主要工作概述如下： 總體設計主要包括確定技術(shù)指標，機型及器件選擇，軟、硬功能劃分等。 ④ 完成總體設計，完成各分課題的任務，組成計算機應用系統(tǒng)。有關(guān)單片機應用系統(tǒng)的一般開發(fā)、研制方法論述如下： 多功能智能化溫度測量儀設計 7 1） 組成單片機應用系統(tǒng)的基本方法 用單片機組成應用系統(tǒng)時，實際問題的領域很寬，要求各不相同，組成的方案也千差萬別，很難有一個固定的模式適應一切問題，但考慮問題的基本方法大體相似。 (5) 單片機在人類生活中的應用 自從單片機誕生以后，它就步 入了人類生活，如洗衣機、電冰箱、電子玩具、收錄機等家用電器配上單片機后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強等優(yōu)點，可大大提高機器的自動化、智能化程度。 單片機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 了單片機的可靠性與抗干擾能力。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。 單片機的這種高性能，低價格是它最顯著的一個特點。例如， 80C51是通用型單片機，它不是為某種專用途設計的；專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設計生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成 ADC接口等功能的溫度測量控制電路。 多功能智能化溫度測量儀設計 4 （ 3）第三階段（ 19821990）： 8位單片機的鞏固發(fā)展及 16 位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。 （ 2）第二階段（ 19781982）單片機的完善階段。熱輻射高溫計通常分為兩種 :一種是單色輻射高 溫 計 ，一般稱光學 高溫計 。利用此原理制成的溫度計大致分成三大 類 : 玻璃溫度計、雙金屬溫度 計、壓力式溫度計。應用計算機技術(shù)，快速、準確、自動地標定溫度檢測器。同時利用新的檢測技術(shù)制造出新的產(chǎn)品。 (1) 擴展檢測范圍。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應用最廣泛檢測元件之一。突出民用產(chǎn)品的低成本多動能的特點。 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體芯片上，這個具有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。該測量儀總體特點是使用簡便、實用、使用對象廣、并且實現(xiàn)了自動化 。微處理器的出現(xiàn)，推動了微型計算機的發(fā)展，同時也引起了電子設計技術(shù)領域的探到變革 — 電子技術(shù)專業(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，開辟了計算機技術(shù)在電子技術(shù)領域應用的廣闊大地。按照選題要求應實現(xiàn)溫度測量精度 0。 熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點，因此廣泛作為溫度 傳感器的敏感元件?，F(xiàn)在工業(yè)上通用的溫度檢測范圍為一 200^30000C，而今后要求 能 測 量超高溫與超低溫。 (4) 適應 特殊環(huán)境的測溫。 根據(jù)上述要求，國內(nèi)外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展 [1]。 (2) 利用熱電效應技術(shù)制成的溫度檢測元件。一種是全輻射高溫計，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、透過或反射。 Intel 公司在 MCS48 基礎上推出了完善的、典型的單片機系列 MCS51。 Intel 公司推出的 MCS – 96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。 2. 總線型 /非總線型 這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的。單片機盡可能把應用所需要的存儲器，各種功能的 I/O 口都繼承在一塊 芯片內(nèi)，使之成為名副其實的單片機。 單片機是電子計算機這個龐大家族中的一個特殊品種，體積雖小，但 “ 五臟俱全 ” ，它非常適用于專門的控制用途。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。 (3) 單片機在實時控制中的應用 單片機廣泛地用于各種實時控制系統(tǒng)中。單片機將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。對一般的應用系統(tǒng)，大都要經(jīng)歷如下步驟： ① 提出問題，了解現(xiàn)場，明確指標。 ⑤ 對系統(tǒng)進行調(diào)試、修改、完善。硬件設計主要包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器芯片的選擇和設計； I/O 電路、 A/D、 D/A 及有關(guān)外圍電路的設計；系統(tǒng)地址譯碼電路、總線驅(qū)動器等的設計等。 本章主要分析了國內(nèi)外溫度測試的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢，系統(tǒng)的介紹了本課題主要用到單片機 。 5 介紹本儀器的優(yōu)點及不足，并對未來的發(fā)展提出了展望。 圖 單片機應用系統(tǒng)的研制過程 各模塊的方案設計 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、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補償。 多功能智能化溫度測量儀設計 13 在微機控制系統(tǒng)中，工業(yè)生產(chǎn)過程的被測控參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位、成份、速度等都是連續(xù)變化的量，習慣上稱為模擬量，而計算機所需要的則是離散的數(shù)字量。可采用 12h或 24h方式計時，采用雙電源 (主電源和備用電源 )供電，可設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，但價格很高，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)成廉價的 A/D。速度最快，但成本高。 8 位 A/D 啟動轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)束 P1 單片機 8031 8051 8751 P20 INT 鎖存器 VINN 多功能智能化溫度測量儀設計 15 圖 A/D轉(zhuǎn)換器硬件與單片機連接的方式 若 A/D轉(zhuǎn)換器中帶鎖存器，可與單片機直連；若 A/D片中不帶鎖存器，則在單片機與 A/D之間要家鎖存器（如圖 ），如 74LS373等。在電路中為 8279擴展工 /0控制的 8位共陰極 LED動態(tài)顯示接口電路。 8279芯片是一種專用于鍵盤、顯示器的接口器件，它能對顯示器自動掃描，能識別鍵盤上閉合鍵的鍵號，提高 CPU的多功能智能化溫度測量儀設計 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，電流型傳感器信號適合于遠距離傳輸而無衰變。 d、輸出電阻為 710M?。 圖 是簡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，管子旁邊標注的數(shù)字是發(fā)射區(qū)的等效個數(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 與絕對溫度成正比。相當于 ADC 的轉(zhuǎn)換開始（ /CS=0），當 /WR 由 HI 變?yōu)?HO時，轉(zhuǎn)換器被清除：當 /WR 回到 HI時轉(zhuǎn)換正式開始。 在使用時應注意以下幾點： (1) 轉(zhuǎn)換時序 當 CS與 WR同時為低電平 A/D轉(zhuǎn)換器被啟動切在 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， INTR 自動變?yōu)榈碗娖?，表示本次轉(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，否則干擾很嚴重，以至影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準確性。 MCS51系列單片機程序存儲器可擴展 64KB。常用的 EPROM 芯片有276 2712 2725 27512 等芯片。由于本設計中鍵的數(shù)量不是很多，所以在此我們選用獨立式鍵盤控制。動態(tài)顯示的優(yōu)點是節(jié)省硬件電路（如 I/O口、驅(qū)動器等）；多功能智能化溫度測量儀設計 25 缺點是采用軟件掃描時占用 CPU時間多，如采用硬件 掃描時將增加硬件成本。在此儀器的設計中， LED顯示器的顯示方式采用的是動態(tài)顯示方式。這一功能由一片 DAC0832來完成，由于 DAC0832是一種電流輸出型 D/A芯片，因此其后端接一片運算放大器構(gòu)成反相輸出電路以實現(xiàn)電壓信號輸出，然后再接入 1片多路模擬開關(guān) CD4051，將輸出擴展為 8路。 ILE : 允許數(shù)字輸入線，當 ILE為高電平時，允許數(shù)字量輸入 。 DAC0832工作于直通方式時一般將控制信號 CS、 XFER、 WRWR2直接接地， ILE管腳接高電平，則兩個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)換器的輸入也同時跟隨變化。在單片機的 XTAL1和 XTAL2兩個管腳，接一個晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機的時鐘電路。電阻電容器件的參考值為 R1=200?， R2=1K?， C3=22?A。如果驅(qū)動電路能力差，即負載能力不夠，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負荷下運行容易損壞。 4位一體的時鐘型 LED 顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由 4個單獨的 LED 和一個“：” LED組成，每個 LED 的段輸出管腳在內(nèi)部并聯(lián)后引出到器件的外部。這類芯片的型號有 74LS4 74LS4 74LS24 74LS248 等。 多功能智能化溫度測量儀設計 29 圖 動態(tài)掃描顯示電路的原理框圖 LED 顯示器的選擇 在應用系統(tǒng)中，設計要求不同，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、型號不同的 LED 顯示器。 LED 顯示電路設計與器件選擇 單片機應用系統(tǒng)中，通常都需要進行人機對話。石英晶體選擇 6MHz或 12MHz都可以，起結(jié)果只是機器周期時間不同，影響計數(shù)器的計數(shù)初值。主要用于穩(wěn)定積分、精密加法比較、閩值電壓檢測、微弱信號精確放大等場合。 WR1和 WR2:寫命令輸入線， 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，與微處理機完全兼容，具有價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控 制容易等優(yōu)點，主要有如下特點 A)可單緩沖或雙緩沖數(shù)字輸入 。這樣雖然在任何一時刻只有一位顯示器被點亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應，看起來與全部顯示器持續(xù)點亮效果完全一樣。 在此電路中為 8279擴展 I/0控制的 8位共陰極 LED動態(tài)顯示接口電路。液晶顯示器 LCD (Liquid Crystal Display)。在本次設計中用到的是 27256 芯片。 對于 單片機片內(nèi)有程序存儲器時，硬件設計時管腳 EA 接 +5V， CPU 在取指令時， PC值小于片內(nèi)程序存儲器的容量時讀取片內(nèi)的程序指令，而當 PC 值大于片內(nèi)存儲器容量時讀取片內(nèi)程序存儲器指令，此時 PSEN 作為片內(nèi)存儲器的讀選通信號。在線路設計中，必須將所有的器件的模擬地和數(shù)字地分別連接，