【正文】 ， 共 8 路 ， 轉(zhuǎn) 換 速 度 能 夠 達(dá) 到 250K/S 1 通 用 全 雙 工 異 步 串 行 口 (UART)， STC12 系 列 是 增 強(qiáng) 版 8051， 可 再 用 定 時(shí) 器 或PCA 軟 件 實(shí) 現(xiàn) 多 串 口1 使 用 溫 度 范 圍 ： 40～ +85℃ (工 業(yè) 級(jí) )/0～ 75℃ (商 業(yè) 級(jí) ) 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng) 包 括 單 片 機(jī) 、 晶 振 電 路 、 復(fù) 位 電 路 、 電 源 電 路 。 電 源 電 路 原 理 圖 如 圖 33 所 示 。表 32 K 型熱電偶性能說(shuō)明分度號(hào) 材質(zhì) 補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào) 補(bǔ)償導(dǎo)線材質(zhì)正極 負(fù)極K 鎳鎘鎳硅 SC銅 康銅圖 34 K 型熱電偶傳感器12x 1x 0y 012 多通道切換電路的設(shè)計(jì)本 系 統(tǒng) 是 一 個(gè) 多 路 巡 檢 的 系 統(tǒng) ， 為 了 實(shí) 現(xiàn) 8 路 檢 測(cè) ， 如 果 在 每 一 路 都 接 一 個(gè) A/D采 樣 通 道 ， 這 樣 太 浪 費(fèi) 資 源 ， 所 以 要 使 用 模 擬 通 道 開(kāi) 關(guān) 芯 片 ， 可 以 實(shí) 現(xiàn) 多 個(gè) 通 道 的 快速 切 換 ， 這 樣 只 要 一 路 A/D 采 樣 通 道 即 可 實(shí) 現(xiàn) 8 路 巡 檢 功 能 ， 同 時(shí) 還 可 以 保 證 各 通 道電 流 的 一 致 性 。 比 如 ，如 果 模 擬 開(kāi) 關(guān) 的 供 電 電 源 VCC=＋ 5V， 當(dāng) VEE=－ 5V 時(shí) ， 只 要 對(duì) 這 個(gè) 模 擬 開(kāi) 關(guān) 施 加0～ 5V 的 數(shù) 字 控 制 信 號(hào) ， 就 可 模 擬 信 號(hào) 的 幅 度 范 圍 控 制 在 － 5V～ ＋ 5V 的 。綜 上 所 述 ， 如 果 將 熱 電 偶 應(yīng) 用 在 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 時(shí) ， 需 要 設(shè) 計(jì) 出 復(fù) 雜 的 信 號(hào) 放 大 電 路 、冷 端 補(bǔ) 償 電 路 、 線 性 校 正 電 路 、 A/D 轉(zhuǎn) 換 電 路 及 數(shù) 字 化 輸 出 接 口 。 熱 電 偶 輸 出 的 熱 電 勢(shì) 通過(guò) 低 噪 聲 放 大 器 A1 放 大 之 后 ， 通 過(guò) 電 壓 跟 隨 器 A2 緩 沖 后 ,送 到 ADC 的 輸 入 端 。MAX6675 芯 片 是 Maxim 公 司 推 出 的 一 種 K 型 熱 電 偶 專 用 A/D 轉(zhuǎn) 換 器 ， 內(nèi) 部 集 成 了信 號(hào) 調(diào) 節(jié) 放 大 器 、 冷 端 補(bǔ) 償 電 路 、 12 位 的 A/D 熱 電 偶 轉(zhuǎn) 換 器 、 數(shù) 字 控 制 器 、 SPI 串 行接 口 與 SPI 有 關(guān) 的 邏 輯 控 制 。13表 33 CD4051 連接狀態(tài)表INH A B C 連接狀態(tài)0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 60 1 1 1 71 均不接通 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)本 文 采 用 MAX6675 芯 片 進(jìn) 行 對(duì) K 型 熱 電 偶 傳 感 器 采 集 到 的 模 擬 信 號(hào) 進(jìn) 行 信 號(hào) 的 線性 校 正 、 放 大 、 冷 端 補(bǔ) 償 、 A/D 轉(zhuǎn) 換 處 理 。 CD4051 引 腳 見(jiàn)圖 35。K 型 熱 電 偶 是 現(xiàn) 在 使 用 最 廣 泛 的 廉 價(jià) 熱 電 偶 ， 其 用 量 是 最 多 的 ， 幾 乎 是 其 它 熱 電偶 使 用 之 和 。10Y112MC2 20PC3 20PX2X1VCCC110uF/25V10KR1P02VCCS0SWPBEA/VPP 31XTAL119XTAL218RST9P37/RD17P36/WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P10/T21P11/T2EX2P123P134P145P15(MOSI)6P16(MISO)7P17(SCK)8AD0/P00 39AD1/P01 38AD2/P02 37AD3/P03 36AD4/P04 35AD5/P05 34AD6/P06 33AD7/P07 32A8/P20 21A9/P21 22A10/P22 23A11/P23 24A12/P24 25A13/P25 26A14/P26 27A15/P27 28PSEN 29ALE/PROG 30P31/TXD11P30/RXD10GND20VCC 40U1STC 12C5A16ADP17P34P35P36P37P10P00P12P13P14P15P16RSTP01P03P04P05P06P07P20P22P25P21P23P24圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)各 端 口 分 配 表 見(jiàn) 表 31。8第 3 章 系 統(tǒng) 硬 件 設(shè) 計(jì)多 路 溫 度 巡 檢 系 統(tǒng) 是 由 硬 件 電 路 與 軟 件 配 合 來(lái) 共 同 完 成 其 功 能 的 ， 硬 件 主 要 由 單片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng) 、 電 源 電 路 、 溫 度 檢 測(cè) 電 路 、 多 通 道 切 換 電 路 、 A/D 轉(zhuǎn) 換 電 路 、 顯 示 電路 、 按 鍵 電 路 、 報(bào) 警 指 示 電 路 組 成 。方 案 2： 蜂 鳴 報(bào) 警蜂 鳴 報(bào) 警 在 目 前 的 報(bào) 警 系 統(tǒng) 中 運(yùn) 用 非 常 普 遍 ， 它 的 電 路 簡(jiǎn) 單 ， 人 們 可 以 通 過(guò) 對(duì) 報(bào)警 發(fā) 出 的 聲 音 就 可 以 很 輕 易 的 發(fā) 現(xiàn) 系 統(tǒng) 故 障 。 如 果 系 統(tǒng) 中 所 用 的 按 鍵 不 多 ， 就 可 以 使 用 獨(dú) 立 式 按 鍵 。 只 有 當(dāng) “INH”=0 時(shí) ， 才 能 選 通 某 一 通 道 ， 使 開(kāi) 關(guān) 接 通 。 熱 電 偶 的 工 作 端 （ 熱 端 ） 是 將 A、 B 兩 種 導(dǎo) 體 焊 接 在 一 起 ，放 在 溫 度 為 t1 的 被 測(cè) 介 質(zhì) 中 。 測(cè) 量 其 電 路 通 常 是 不 平 衡 電 橋 。 溫度傳感器的選擇方 案 一 ： 采 用 PT100 熱 電 阻 測(cè) 溫?zé)?電 阻 是 中 低 溫 區(qū) 經(jīng) 常 使 用 的 一 類 溫 度 檢 測(cè) 器 。通 過(guò) 調(diào) 試 ， 系 統(tǒng) 各 部 分 功 能 正 常 ， 實(shí) 現(xiàn) 了 預(yù) 期 設(shè) 計(jì) 目 的 。 本文的研究的主要內(nèi)容本 文 以 工 廠 里 的 多 路 溫 度 巡 檢 系 統(tǒng) 為 研 究 對(duì) 象 ， 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 工 廠 室 內(nèi) 溫 度 進(jìn) 行 定 時(shí) 、實(shí) 時(shí) 的 檢 測(cè) 與 監(jiān) 視 。 目 前 社 會(huì) 正 致 力 于 把 單 片 機(jī) 同 傳 感 器 集 成 在 一 起 ， 得 到 一 種 超小 型 、 便 宜 的 測(cè) 量 儀 器 。通 過(guò) 軟 件 的 控 制 ， 智 能 化 控 制 儀 表 能 夠 自 動(dòng) 完 成 它 的 所 有 工 作 過(guò) 程 。 如 光 學(xué) 溫 度 計(jì) 的 測(cè) 量 范 圍 是 300℃ ～ 3200℃ ， 價(jià) 格 便 宜 ， 使 用 方 便 ， 但是 它 只 能 目 測(cè) ； 另 外 熱 電 阻 溫 度 計(jì) 能 夠 測(cè) 量 到 － 200℃ ～ 700℃ ,精 度 高 ， 可 用 于 溫 差或 低 溫 測(cè) 量 ， 能 夠 指 示 遠(yuǎn) 傳 、 報(bào) 警 、 控 制 變 送 ， 但 維 護(hù) 工 作 量 大 并 且 還 不 能 記 錄 ， 也就 是 說(shuō) 你 必 須 運(yùn) 用 熟 練 才 能 測(cè) 準(zhǔn) ， 而 且 不 能 控 制 變 送 、 遠(yuǎn) 傳 等 。1 系統(tǒng)來(lái)源及現(xiàn)狀 系統(tǒng)的來(lái)源溫 度 是 一 個(gè) 特 別 重 要 的 物 理 參 數(shù) ， 生 活 中 任 何 物 理 、 化 學(xué) 過(guò) 程 都 與 溫 度 緊 密 地 聯(lián)系 。 這 樣 對(duì) 供 暖 網(wǎng) 不 通 點(diǎn) 的 運(yùn) 行 參 數(shù) 進(jìn) 行 測(cè) 量 時(shí) ， 測(cè) 量 點(diǎn) 就 相 當(dāng) 分 散 。 測(cè) 量 水 平 的 發(fā) 展 與 科 學(xué) 技 術(shù) 的 進(jìn) 步 是 密 切 相關(guān) 的 。 單片 機(jī) 通 過(guò) 對(duì) 數(shù) 字 信 號(hào) 處 理 ， 并 在 數(shù) 碼 管 上 顯 示 。 將 轉(zhuǎn) 換 后 的 采 樣 值 送 入 單 片 機(jī) 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 處 理 來(lái) 確 定 其 溫 度 值 。 測(cè) 量 技術(shù) 反 映 一 個(gè) 國(guó) 家 的 科 學(xué) 技 術(shù) 發(fā) 展 的 水 平 。 就 拿 一 個(gè) 城 市 的 集 中 供 暖 網(wǎng) 的 系 統(tǒng) 來(lái) 說(shuō) ， 它 的系 統(tǒng) 大 ， 覆 蓋 面 廣 。 采 用 穩(wěn) 壓 電 源 來(lái) 給 位 處 理 器 進(jìn) 行供 電 ， 這 樣 可 以 省 去 電 池 供 電 所 帶 來(lái) 的 如 電 壓 不 穩(wěn) 定 、 作 用 時(shí) 間 不 長(zhǎng) 以 及 電 壓 的 下 降而 影 響 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 工 作 精 度 于 穩(wěn) 定 性 的 問(wèn) 題 。 由 于 測(cè) 溫 的 原 理 不 同 ， 不 一 樣 的 儀 表 在 記 錄 與 遠(yuǎn) 傳 等 領(lǐng) 域 還 是 有 很大 的 區(qū) 別 的 。 所 有 集 成 電 路芯 片 都 在 朝 全 CMOS、 超 大 規(guī) 模 化 的 方 向 發(fā) 展 ， 所 以 用 戶 具 有 了 更 大 的 選 擇 范 圍 ， 這 些儀 器 可 以 解 決 許 多 傳 統(tǒng) 儀 器 不 易 或 不 能 處 理 的 問(wèn) 題 ， 并 且 還 可 以 使 儀 表 電 路 簡(jiǎn) 化 ， 降低 儀 表 的 成 本 ， 提 高 它 的 可 靠 性 ， 并 且 加 快 了 新 型 儀 表 的 研 發(fā) 速 度 。 傳 感 器 現(xiàn) 在 大 都 是 固 態(tài) 、 小 型 、功 能 較 多 與 集 成 化 高 。 熱 電 偶 具 有 精 度 高 ， 性 能 穩(wěn) 定 ， 測(cè) 量 范 圍 廣 及 使 用 方 便 等一 系 列 優(yōu) 點(diǎn) ， 一 直 是 工 業(yè) 測(cè) 控 系 統(tǒng) 中 廣 泛 使 用 的 一 種 比 較 理 想 的 測(cè) 溫 元 件 。第 五 章 詳 細(xì) 地 介 紹 了 系 統(tǒng) 軟 硬 件 的 調(diào) 試 過(guò) 程 ， 闡 述 了 調(diào) 試 過(guò) 程 中 所 遇 到 的 問(wèn) 題 和解 決 問(wèn) 題 的 辦 法 。綜 上 所 述 ， 由 于 STC12C5A16AD 有 著 低 功 耗 、 超 強(qiáng) 抗 干 擾 、 速 度 快 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 選 用第 二 種 方 案 比 較 適 合 這 次 的 設(shè) 計(jì) 方 案 。 因 為 三 線 制 接 法 能 夠 把 連 接 導(dǎo) 線 電 阻 引 起的 測(cè) 量 誤 差 給 消 除 掉 。熱 電 偶 是 根 據(jù) 熱 電 效 應(yīng) 進(jìn) 行 工 作 的 ， 將 兩 種 不 同 的 導(dǎo) 體 A 與 導(dǎo) 體 B 連 接 在 一 起 ，形 成 一 個(gè) 閉 合 回 路 ， 這 樣 就 構(gòu) 成 感 溫 元 件 ,當(dāng) 導(dǎo) 體 A 與 導(dǎo) 體 B 的 兩 個(gè) 端 點(diǎn) 1 與 2 之 間存 在 著 溫 差 時(shí) ， 它 們 之 間 就 會(huì) 產(chǎn) 生 電 動(dòng) 勢(shì) ， 所 以 在 閉 合 回 路 中 會(huì) 形 成 一 定 大 小 的 電 流 ，這 種 現(xiàn) 象 就 是 熱 電 效 應(yīng) 。 多通道切換電路的選擇方 案 一 ： 采 用 多 路 開(kāi) 關(guān) CD4051CD4051 相 當(dāng) 于 一 個(gè) 單 刀 八 擲 開(kāi) 關(guān) ， 其 中 “INH”是 禁 止 端 ， 當(dāng) “INH”=1 時(shí) ，各 通 道 均 不 接 通 。 不 過(guò) 其 采 用 的6I/O 口 是 比 較 多 的 。 　 報(bào)警電路的選擇方 案 1： 采 用 閃 光 報(bào) 警閃 光 報(bào) 警 時(shí) 一 個(gè) 非 常 基 本 的 報(bào) 警 系 統(tǒng) ， 它 的 設(shè) 計(jì) 簡(jiǎn) 單 ， 工 作 方 式 就 是 人 們 只 有 看到 報(bào) 警 發(fā) 出 的 信 號(hào) 燈 ， 才 知 道 系 統(tǒng) 有 故 障 ， 所 以 應(yīng) 用 范 圍 不 是 很 廣 。 為 下 面 硬 件 設(shè) 計(jì) 與軟 件 設(shè) 計(jì) 奠 定 了 基 礎(chǔ) 。 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng)如 圖 32 所 示 。 11Vin1GND2+5V 3U67805 VCCC8470uF/16VC10470uF/16VC9104C111041234D1BRIDGE112JP?交交交交12VVCCC13470uF/16V C15470uF/16VC14104 C16104Vin2 GND15V 3U77905圖 33 電源電路圖 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)本 系 統(tǒng) 采 用 K 型 熱 電 偶 傳 感 器 進(jìn) 行 對(duì) 遠(yuǎn) 距 離 的 8 路 溫 度 進(jìn) 行 檢 測(cè) ， K 型 熱 電 偶 傳感 器 的 作 用 是 將 采 集 到 的 溫 度 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 成 電 壓 信 號(hào) 。 本 設(shè) 計(jì) 所 用 多 路 開(kāi) 關(guān) 是 兩 個(gè) 單 八 路 模 擬 開(kāi) 關(guān) CD4051。 輸 入 狀 態(tài) 和接 通 通 道 見(jiàn) 表 33。 假 如 能 夠 把 上 面 所提 到 的 功 能 集 成 到 一 個(gè) 集 成 芯 片 中 ， 就 是 采 用 一 個(gè) 芯 片 來(lái) 完 成 信 號(hào) 的 放 大 、 冷 端 補(bǔ) 償 、線 性 化 校 正 以 及 數(shù) 字 化 輸 出 功 能 ， 那 么 就 能 夠 使 熱 電 偶 在 單 片 機(jī) 的 應(yīng) 用 設(shè) 計(jì) 得 以 簡(jiǎn) 單化 。 熱電偶的冷端補(bǔ)償在 將 溫 度 電 壓 值 轉(zhuǎn) 換 為 相 同 的 溫 度 值 之 前 ,MAX6675 需 要 對(duì) 熱 電 偶 進(jìn) 行 冷 端 補(bǔ) 償 ，冷 端 溫 度 就 是 MA