【正文】 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 。 本 設(shè) 計(jì) 所 用 多 路 開 關(guān) 是 兩 個(gè) 單 八 路 模 擬 開 關(guān) CD4051。 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng)如 圖 32 所 示 。 　 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 。 多通道切換電路的選擇方 案 一 ： 采 用 多 路 開 關(guān) CD4051CD4051 相 當(dāng) 于 一 個(gè) 單 刀 八 擲 開 關(guān) ， 其 中 “INH”是 禁 止 端 ， 當(dāng) “INH”=1 時(shí) ，各 通 道 均 不 接 通 。 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 。第 五 章 詳 細(xì) 地 介 紹 了 系 統(tǒng) 軟 硬 件 的 調(diào) 試 過 程 ， 闡 述 了 調(diào) 試 過 程 中 所 遇 到 的 問 題 和解 決 問 題 的 辦 法 。 傳 感 器 現(xiàn) 在 大 都 是 固 態(tài) 、 小 型 、功 能 較 多 與 集 成 化 高 。 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 。 就 拿 一 個(gè) 城 市 的 集 中 供 暖 網(wǎng) 的 系 統(tǒng) 來(lái) 說 ， 它 的系 統(tǒng) 大 ， 覆 蓋 面 廣 。 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 水 平 的 發(fā) 展 與 科 學(xué) 技 術(shù) 的 進(jìn) 步 是 密 切 相關(guān) 的 。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 程 都 與 溫 度 緊 密 地 聯(lián)系 。通 過 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 程 。 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 。 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 。 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 。 如 果 系 統(tǒng) 中 所 用 的 按 鍵 不 多 ， 就 可 以 使 用 獨(dú) 立 式 按 鍵 。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 。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 。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 。 熱 電 偶 輸 出 的 熱 電 勢(shì) 通過 低 噪 聲 放 大 器 A1 放 大 之 后 ， 通 過 電 壓 跟 隨 器 A2 緩 沖 后 ,送 到 ADC 的 輸 入 端 。 比 如 ，如 果 模 擬 開 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 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 。 電 源 電 路 原 理 圖 如 圖 33 所 示 。 本章小結(jié) 本 章 首 先 闡 述 了 系 統(tǒng) 的 基 本 設(shè) 計(jì) 方 案 ， 說 明 了 系 統(tǒng) 的 工 作 原 理 ， 詳 細(xì) 地 對(duì) 硬 件 的各 個(gè) 模 塊 進(jìn) 行 分 析 比 較 ， 從 而 確 定 了 各 個(gè) 模 塊 的 具 體 型 號(hào) 、 功 能 。 鍵盤的選擇方 案 1： 獨(dú) 立 式 鍵 盤獨(dú) 立 式 的 按 鍵 指 的 是 采 用 相 應(yīng) 的 I/O 接 口 來(lái) 組 成 相 應(yīng) 的 單 個(gè) 的 按 鍵 電 路 ， 每 一 個(gè)按 鍵 所 占 用 的 是 一 個(gè) I/O 口 ， 其 電 路 較 靈 活 ， 軟 件 的 結(jié) 構(gòu) 也 很 簡(jiǎn) 單 。5 方 案 二 ： 采 用 K 型 熱 電 偶 測(cè) 溫 。方 案 二 ： 采 用 STC12C5A16AD 單 片 機(jī)STC12C5A16AD 器 件 是 完 全 集 成 的 混 合 信 號(hào) 系 統(tǒng) 級(jí) MCU 芯 片 ， 具 有 32 個(gè) 數(shù) 字 I/O引 腳 ,是 STC 生 產(chǎn) 的 機(jī) 器 周 期 （ 1T） /單 時(shí) 鐘 的 單 片 機(jī) ， 是 具 有 低 功 耗 /高 速 /抗 干 擾 強(qiáng)的 新 一 代 8051 單 片 機(jī) ， 指 令 代 碼 能 夠 兼 容 傳 統(tǒng) 8051， 但 速 度 比 8051 快 812 倍 。目 前 ， 廣 泛 使 用 的 溫 度 傳 感 器 有 2 類 ： 熱 電 偶 ， 熱 電 阻 ， 本 文 介 紹 的 檢 測(cè) 系 統(tǒng) ，采 用 的 是 熱 電 偶 元 件 測(cè) 溫 。 拿 技術(shù) 背 景 來(lái) 說 ， 硬 件 集 成 電 路 的 不 斷 創(chuàng) 新 與 發(fā) 展 也 是 一 個(gè) 特 重 要 的 因 素 。 本 溫 度 傳 感器 在 設(shè) 計(jì) 的 時(shí) 候 ， 為 了 滿 足 多 路 巡 檢 這 個(gè) 要 求 ， 采 用 了 8 路 熱 電 偶 傳 感 器 輪 流 進(jìn) 行 檢測(cè) ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 多 路 溫 度 巡 檢 的 實(shí) 時(shí) 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 采 集 。歷 史 事 實(shí) 也 已 經(jīng) 證 明 ： 科 學(xué) 的 進(jìn) 步 ， 生 產(chǎn) 的 進(jìn) 步 與 發(fā) 展 是 相 互 促 進(jìn) 與 依 賴 的 。 本 文 從 硬 件 和 軟 件 兩 個(gè) 方 面 介 紹 了 設(shè)計(jì) 的 實(shí) 現(xiàn) 方 法 ， 其 中 硬 件 設(shè) 計(jì) 的 重 點(diǎn) 是 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 電 路 ， 軟 件 設(shè) 計(jì) 的 重 點(diǎn)是 系 統(tǒng) 總 體 流 程 設(shè) 計(jì) 、 顯 示 模 塊 、 按 鍵 模 塊 、 A/D 轉(zhuǎn) 換 模 塊 、 報(bào) 警 指 示 模 塊 。除 此 之 外 還 有 節(jié) 能 建 筑 的 效 果 檢 驗(yàn) ， 它 需 要 對(duì) 非 節(jié) 能 建 筑 與 節(jié) 能 建 筑 之 間 的 功 耗進(jìn) 行 比 較 ， 這 一 樣 需 要 對(duì) 建 筑 物 內(nèi) 的 房 間 進(jìn) 行 分 時(shí) 的 測(cè) 量 與 記 錄 。近 年 來(lái) 隨 著 計(jì) 算 機(jī) 日 益 廣 泛 的 應(yīng) 用 以 及 微 電 子 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 智 能 化 測(cè) 量 控 制 儀 表也 取 得 了 很 大 的 進(jìn) 步 。同 我 國(guó) 現(xiàn) 有 的 多 種 多 樣 的 智 能 化 測(cè) 量 控 制 儀 表 相 比 ， 其 他 國(guó) 家 的 智 能 化 測(cè) 量 控 制儀 表 品 種 更 多 。3第 2 章 系 統(tǒng) 方 案 設(shè) 計(jì) 論 證 系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方案設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 多 路 溫 度 巡 檢 系 統(tǒng) ， 要 求 檢 測(cè) 范 圍 為 0～ 1000℃ ， 在 測(cè) 溫 系 統(tǒng) 中 我 們 常常 用 到 溫 度 傳 感 器 ， 熱 電 偶 傳 感 器 能 夠 達(dá) 到 較 高 的 精 度 ， 本 文 中 采 用 以STC12C5A16AD 單 片 機(jī) 作 為 系 統(tǒng) 的 控 制 中 心 ， 利 用 K 型 熱 電 偶 作 為 溫 度 傳 感 器 進(jìn) 行 對(duì) 遠(yuǎn)距 離 的 多 點(diǎn) 溫 度 進(jìn) 行 檢 測(cè) ， 系 統(tǒng) 包 括 A/D 轉(zhuǎn) 換 、 多 通 道 切 換 、 晶 振 、 復(fù) 位 、 顯 示 、 報(bào)警 、 按 鍵 、 電 源 電 路 等 模 塊 ， 在 溫 度 測(cè) 量 系 統(tǒng) 中 ， 采 用 精 度 高 的 抗 干 擾 強(qiáng) 的 新 型 溫 度傳 感 器 是 比 較 理 想 的 選 擇 ， 熱 電 偶 溫 度 傳 感 器 具 有 測(cè) 量 精 度 高 、 測(cè) 量 范 圍 廣 、 構(gòu) 造 簡(jiǎn)單 與 使 用 方 便 等 特 點(diǎn) ， 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 取 得 了 良 好 的 測(cè) 溫 效 果 。 熱 電 阻 作 為 電 橋 的 一 種 橋 臂 電阻 ， 它 的 連 接 導(dǎo) 線 也 作 為 橋 臂 電 阻 的 一 部 分 ， 這 一 部 分 電 阻 是 未 知 的 而 且 它 會(huì) 隨 著 溫度 環(huán) 境 變 化 的 ， 這 就 會(huì) 產(chǎn) 生 一 種 誤 差 。 開 關(guān) 接 通哪 一 通 道 ， 由 輸 入 的 3 位 地 址 碼 ABC 來(lái) 決 定 。 所 以 應(yīng) 用 范 圍 廣 。 表 31 單片機(jī) IO 分配表單片機(jī) IO 口 所接器件～ 接數(shù)碼管 接報(bào)警電路～ 接按鍵～ 接 MAX6675～ 接接數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路～ 接 CD4051XTALXTAL2 接晶振電路RST 接復(fù)位電路 電源電路的設(shè)計(jì)電 源 電 路 的 作 用 是 將 外 部 輸 入 電 源 轉(zhuǎn) 換 為 內(nèi) 部 所 需 要 的 各 類 工 作 電 壓 ， 電 源 電 路設(shè) 計(jì) 的 好 壞 將 影 響 到 整 個(gè) 設(shè) 備 。VCCVCCVCCVCC P34P37P36P35y7y6y5y4y3y2y1y0x7x6x5x4x3x2x1x0OUTxX0 13X1 14X2 15X3 12X4 1X5 5X6 2X7 4INH 6A 11B 10C 9X3VCC16GND8VEE7U4CD4051X0 13X1 14X2 15X3 12X4 1X5 5X6 2X7 4INH 6A 11B 10C 9X3VCC16GND8VEE7U3CD4051OUTy圖 35 CD4051 引腳圖 CD4051 相 當(dāng) 于 一 個(gè) 單 刀 八 擲 開 關(guān) ， 其 中 “INH”是 禁 止 端 ， 當(dāng) “INH”=1 時(shí) ，各 通 道 均 不 接 通 。 MAX6675 芯 片 有 以 下 特 性 ： 溫 范 圍 為 ： 0℃ ～ +1024℃ ； 串 行 接 口 輸 出 溫 度 值 ； 位 ℃ 的 分 辨 率 ； 阻 抗 差 動(dòng) 輸 入 ；14 端 補(bǔ) 償 ； 型 熱 電 偶 斷 線 檢 測(cè) ； 耗 較 低 ； 源 電 壓 為 :+5V； 的 ESD 信 號(hào) ； 作 溫 度 范 圍 為 ： 20℃ ～ +85℃ 。 MCU 系 統(tǒng) 接 口 一 定 要 進(jìn) 行 數(shù) 字 信 號(hào) 輸 出 ， 而 熱 電 偶 傳 感 器 輸 出 的 模 擬 信 號(hào) 一定 是 不 能 滿 足 要 求 的 ， 所 以 需 要 進(jìn) 行 A/D 轉(zhuǎn) 換 。 根 據(jù) 本 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 要 求 測(cè) 溫 范 圍 為 ： 0～ 1000℃ ， 選擇 K 型 熱 電 偶 能 滿 足 要 求 。圖 31 STC 12C5A16AD 單片機(jī)引腳圖下 面 列 出 了 一 些 主 要 特 性 ： 增 強(qiáng) 型 8051CPU， 1T， 單 時(shí) 鐘 /機(jī) 器 周 期 ， 指 令 代 碼 完 全 兼 容 傳 統(tǒng) 8051 工 作 電 壓 ： （ 5V 單 片 機(jī) ） 工 作 頻 率 范 圍 ： 0～ 35MHz， 相 當(dāng) 于 普 通 8051 的 0～ 420MHz 片 上 集 成 1280 字 節(jié) RAM 用 戶 應(yīng) 用 程 序 空 間 16K9 通 用 I/O 口 ： 每 個(gè) I/O 口 驅(qū) 動(dòng) 能 力 均 可 達(dá) 到 20mA， 但 是 芯 片 最 大 不 能 夠 大 于120mA ISP（ 在 系 統(tǒng) 中 能 編 程 ） /IAP（ 在 應(yīng) 用 中 能 編 程 ） ， 不 需 要 專 用 編 程 器 與 專 用仿 真 器 ， 能 夠 在 串 口 （ ） 直 接 可 以 下 載 程 序 ， 有 EEPROM 功 能 看 門 狗 內(nèi) 部 集 成 MAX810 獨(dú) 有 的 復(fù) 位