【文章內(nèi)容簡介】 Single Chip Micyoco Electronics and Information Engineering Grad 2021 KongXiangheng Abstract Recently, SCM (Single Chip Micyoco) is widely used in realtime control, automatism testing, puter terminal, remote munication, home appliances by strong function, small bulk, used convenient and high capabilityprice ratio. This design adopts SCM89C51 by way of controlling core。 it can gather several different temperature signals. Through the integration temperature sensor A/D590, it converts temperature value to electricity signal。 and then switches the analog signals for digital signals by ADC809. At the same time, the programmable keyboard/display port chip7279 can display the different temperature value. It also can enactment the maxim and minimum temperature value by the small keyboard. When the gathered temperature value exceeds the maxim and minimum value, the system will give an alarm through the speaker. Key words: SCM。 temperature gathering。 alarm 1 1 引言 自從 1976 年 Intel 公司推出第一批單片機(jī)以來， 80 年代單片機(jī)技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從 4 位、 8 位單片機(jī)發(fā)展到 16 位、 32 位單片機(jī)。單片機(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。單片機(jī)在國內(nèi)的三大領(lǐng)域中應(yīng)用得十分廣泛：第一是家用電器業(yè)，例如全自動(dòng)洗衣機(jī)、智能玩具；第二是通訊業(yè) ，包括電話、手機(jī)和BP 機(jī)等等；第三是儀器儀表和計(jì)算機(jī)外設(shè)制造，例如軟盤、硬盤、收銀機(jī)、電表。除了上述傳統(tǒng)領(lǐng)域外，汽車、電子工業(yè)在國外也是單片機(jī)應(yīng)用十分廣泛的一個(gè)領(lǐng)域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多能靈活的組裝成各種智能控制裝置，由它構(gòu)成的智能儀表解決了長期以來測(cè)量儀器中的誤差的修正、線性處理等問題。 單片機(jī)將微處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 I/O 接口電路等集成在一個(gè)芯片上的大規(guī)模集成電路，本身即是一個(gè)小型化的微機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)與傳感與測(cè)量技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)分析技術(shù)、電路設(shè)計(jì)技術(shù)、可編程邏輯應(yīng)用技術(shù)、 微機(jī)接口技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、軟件工程、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制、誤差分析、儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝等的結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。同時(shí)，單片機(jī)具有較強(qiáng)的管理功能。采用單片機(jī)對(duì)整個(gè)測(cè)量電路進(jìn)行管理和控制，使得整個(gè)系統(tǒng)智能化、功耗低、使用電子元件較少、內(nèi)部配線少、成本低，制造、安裝、調(diào)試及維修方便。 溫度作為作物生長一個(gè)非常重要的參數(shù)，溫度的變化影響作物的發(fā)芽、幼苗的成長、作物的開花、果實(shí)的成熟等等。對(duì)于不同的作物，其適宜的生長溫度 總是在一個(gè)范圍。超過這個(gè)范圍，作物或許會(huì)活著，但是其生長的規(guī)律將發(fā)生明顯的變化。這對(duì)于我們所希望的要求作物能夠優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的愿望相距甚遠(yuǎn)，所以我們必須實(shí)時(shí)獲取作物生長的環(huán)境溫度。對(duì)于，超過作物生長適宜范圍的溫度能夠報(bào)警。同時(shí)，我們也希望作物的適宜溫度范圍可以由檢測(cè)人員根據(jù)實(shí)際情況加以改變。同時(shí)，由于作物分布空間的狹小，各點(diǎn)的溫度在同一時(shí)間上可能存在差異，所以對(duì)于溫室必須采取多點(diǎn)采集，以保證能夠更準(zhǔn)確的獲知作物生長的實(shí)時(shí)溫度。 本設(shè)計(jì)就是基于單片機(jī) 89C51 設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)溫度采集儀。采用 ADC0809 最多可以采集 8 路溫度數(shù)據(jù)。通過小鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)不同路溫度數(shù)據(jù)的切換顯示。同時(shí)， 2 也可利用小鍵盤實(shí)現(xiàn)溫度最大最小值的設(shè)定。對(duì)于超過此限的溫度數(shù)據(jù)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 3 2 緒 論 問題的提出 我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合控制作為農(nóng)作物速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的手段是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。農(nóng)業(yè)設(shè)施的自動(dòng)檢測(cè)與控制是我國科研急待發(fā)展的項(xiàng)目。 溫度是植物生長的重要環(huán)境條件，影響植物生命周期的各個(gè)發(fā)育階段，從種子萌發(fā)、幼苗的生長、生 殖直至成熟和休眠，包括了每一個(gè)酶反應(yīng)、每一個(gè)代謝過程。它也影響植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，特別是影響膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，直接關(guān)系到植物的生存。植物能生長的溫度比能生存的溫度范圍要小得多，在某些溫度條件下，植物也許能活著，但不一定能生長，故溫室中對(duì)于溫度的檢測(cè)很重要。此外，溫室內(nèi)的作物茂密形成群體時(shí)，溫室的空間分布變得復(fù)雜。室內(nèi)平均溫度顯然不同于作物冠層下的氣溫，而冠層內(nèi)氣溫的分布也不會(huì)是均勻的。事實(shí)上溫度的空間分布受室外氣候因子、室內(nèi)調(diào)控方式、植物群體的綜合影響，以至于室內(nèi)空氣溫度在水平方向和垂直方向上往往都不相同。 為此，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)能多路采集、顯示的溫度采集系統(tǒng) ,對(duì)于超出作物適宜生長范圍的溫度發(fā)出警報(bào)。 設(shè)計(jì)目的及系統(tǒng)功能 本設(shè)計(jì)的目的是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)出一個(gè) 8 路溫度采集系統(tǒng)。通過本課題設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用單片機(jī)及接口技術(shù)、微機(jī)原理、微電子技術(shù)，鍛煉動(dòng)手操作能力，綜合運(yùn)用能力，學(xué)習(xí)論文的寫作方法和步驟。 設(shè)計(jì)的溫度采集系統(tǒng)有以下功能： 1. 測(cè)溫范圍： 0℃ ~50℃ 2． 測(cè)溫分辨力：≤ ℃ 3. 測(cè)溫準(zhǔn)確度：≤ ℃ 4. 測(cè)溫點(diǎn)數(shù)：可以擴(kuò)展到 8 點(diǎn) 5. 溫度顯示：采用 4 個(gè) 7 段數(shù)碼管 6. 溫限可進(jìn) 行靈活設(shè)定 7. 超限報(bào)警 4 3 第二章 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)用溫度傳感器將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)過放大濾波電路處理后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再與單片機(jī)相連，通過可編程鍵盤顯示接口芯片實(shí)現(xiàn)溫度限值的設(shè)定。最后通過小鍵盤控制數(shù)碼管顯示所需要的某路溫度值。 總體設(shè)計(jì)框圖 總體設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示。說明如下： ，再放大后送給 A/D 轉(zhuǎn)換器。 A/D 轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)值，送給 89C51 單片機(jī)， 89C51 單片機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)目的完成相應(yīng)的軟件處理。 后，送鍵盤顯示處理芯片，然后再由數(shù)碼管顯示。 ，轉(zhuǎn)報(bào)警處理程序。 。 圖 1 總體設(shè)計(jì)框圖 單元電路設(shè)計(jì) 89C51 單片機(jī) 89C51 為字長 8 位的單片微型計(jì)算機(jī)，由中央處理器、內(nèi)部 RAM、內(nèi)部 ROM、兩個(gè) 16 位的定時(shí)計(jì)數(shù)器、四個(gè) 8 位的 I/O 口（ P0、 P P P3）、一個(gè)全雙工鍵盤 顯示電路 89C51 A/D 轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換溫度采 集及信號(hào)調(diào)理 5 的串行口、五個(gè)中斷源以及時(shí)鐘等組成。它具有速度快、功能強(qiáng)、功耗底、抗干擾性好、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。它是標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插封裝（ DIP）形式。 溫度 采集及調(diào)理電路 常用的溫度傳感器有：熱電偶、熱敏電阻、集成電路溫度傳感器及鉑電阻。 溫度傳感器的選擇 （ 1）傳感器的比較：熱電偶靈敏度較低，但能在很寬廣的范圍內(nèi)使用。熱敏電阻的工作溫度范圍較窄，但靈敏度高有利于檢測(cè)微小溫差，其輸出特點(diǎn)是非線性，檢測(cè)時(shí)需要線性化裝置。廉價(jià)的集成電路溫度傳感器性能離散度很大，用于高精度測(cè)量時(shí)必須進(jìn)行校準(zhǔn)。測(cè)溫鉑電阻溫度系數(shù)的離散度很小，精確度高靈敏度也較好，但價(jià)格昂貴。 集成電路溫度傳感器和熱敏電阻、熱電偶相比，最大特點(diǎn)是輸出線性好，測(cè)溫精度較高。感溫部分、傳感器驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào) 處理電路均集成化并封裝在一個(gè)小型管殼內(nèi)，使用方便。 AD590 是一種兩端集成電路溫度傳感器，由于具有高阻抗的電流輸出，使它在長距離傳輸過程中對(duì)壓降不敏感，作為電流輸出型的溫度傳感器，具有很強(qiáng)的抗外界干擾能力，且價(jià)格適中。其輸出電流和絕對(duì)溫度成正比?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用 AD590 作為溫度傳感器。 （ 2） AD590 的特點(diǎn) 僅需 +4V 到 +30V 的直流工作電壓，不需要傳送器、濾波器和線性化電路。 一致性非常好，當(dāng)溫度為 （ +25℃）時(shí)， AD590 均輸出穩(wěn)恒電流 μ A，隨溫度升高或降低以 1μ A/ 增減輸出電流，因而 AD590 很容易互換。 是電流輸出而不是電壓輸出，具有良好的干擾抑制比，只需很小的功率（ ）。 電源電壓漂移和波紋不敏感。電源電壓 +5V 變到 +10V 僅引起 1μ A 最大電流變化。 電氣上耐用，可承受正向 44V 和反向 20V 的電壓而不損壞，不必?fù)?dān)心管腳接錯(cuò)。 測(cè)量電路設(shè)計(jì) AD590 將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流后，需要有電流電壓轉(zhuǎn)換電路（如圖 2），其中電容 C 起濾波作用。該電路中，考慮到測(cè)溫范圍是 0 度到 50 度，而 ADC0809輸出電壓范圍為 0～ 5V，故電阻 R2 取 ， R3 取 15K，其中 R2 是可變電阻，精度高于 R3。 R4 取 100K， R5 取 50K， R4 是可變電阻，精度高于 R5，電阻 R6取 33K。運(yùn)放是溫度電壓變換電路，為測(cè)試方便，設(shè)計(jì)時(shí)將 0 度時(shí)的輸出電壓定為 0V，每升高 100mV，與電壓之間的關(guān)系為： 6 U=K（ TT0） V[1] 式中： K 為比例系數(shù)， K=℃， T 為環(huán)境溫度，單位為℃， T0 為測(cè)溫下限 0℃ 3261 574U1L M 74 13261 574U2L M 74 13261 574U3L M 74 1R19KR210KR310KR410KR510KR6 20KR71KR820KR p 12KR p 250KR p 3 50K12A D 59 012J3GND GNDGNDGNDVCC+12V+12V+12V12V 12 V12V 12V 圖 2 溫度采集及調(diào)理電路 當(dāng) T=+50℃和 T=0℃時(shí)，變換電路輸出電壓上限為 Umax=5V，電壓下限Umin=0V 時(shí)，實(shí)現(xiàn)的辦法是：首先調(diào)整 R2，使得 I1= A，當(dāng)溫度為 0℃時(shí)，通過 AD590 的電流 I2= A，此時(shí) I3=0μ A， R4， R5 上無壓降，即輸出電壓為 0V；當(dāng)環(huán)境溫度為 50℃時(shí)，流過 AD590 的電流為 A，此時(shí)I3=I2I1=50μ A，調(diào)整 R4，使 R4+R5=98K，有（ R4+R5） I3=。同樣，可以計(jì)算出其余各溫度所對(duì)應(yīng)的輸出電壓。 系統(tǒng)對(duì)放大電流要求低失調(diào)、低漂移、高精度，可選用高精度集成運(yùn)放。OP07 為低失調(diào)電壓、低失調(diào)電流和低漂移的超低失調(diào)運(yùn)算放大器，其增益和共模抑制比高，噪聲小，是一種通用性強(qiáng)的運(yùn)算放大器。本設(shè)計(jì)采用它作為運(yùn)放。OP07 電源電壓范圍為177。 3～177。 18V。 模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換用于實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。按轉(zhuǎn)換原理可分為四種，即：計(jì)數(shù)式 A/D 轉(zhuǎn)換器、雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器和并行式 A/D轉(zhuǎn)換器。目前使用較多的為后三種。雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器具有高精度、抗干擾性好、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，但速度較慢，經(jīng)常應(yīng)用于對(duì)速度要求不高的儀表中；逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器在精度、速度和價(jià)格上都適中，是目前最常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器；并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器是一種用編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高速 A/D 轉(zhuǎn)換器其速度最快，價(jià)格也最高，使用于要求較高的 場合。 綜上，本設(shè)計(jì)選用逐次逼近式 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809。 7 ADC0809 的主要技術(shù)特性和指標(biāo)： 分辨率： 8 位。 轉(zhuǎn)換時(shí)間：取決于芯片時(shí)鐘頻率。 單一電源： +5V。 模擬輸入電壓范圍：單極性 0～ 5V，雙極性 +5V 或 +10V。 具有可控三態(tài)輸出鎖存器。 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制脈沖式（正脈沖），上升沿使內(nèi)部所有寄存器清“ 0”，下降沿使 A/D 轉(zhuǎn)換器開始。 ADC0809 其片內(nèi)有 8 路模擬開關(guān)，可輸入