【文章內(nèi)容簡介】 都需要大范圍集散分布監(jiān)測點對溫度進行監(jiān)控。在現(xiàn)代社會中，許多情況下需要溫度測量，用來測量溫度的傳感器種類很多，熱敏電阻器就是其中之一。熱敏電阻靈敏度高、穩(wěn)定性好、體積小、電阻值大等特點,已廣泛于溫度測量和控制領域。在所有被動式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時電阻的變化)最高，在溫室大棚內(nèi)，溫度測量精度一般在177?！?186。C 左右，在這種情況下，熱敏電阻的引線長度在 100—200 米，對測量造成的誤差可以忽略不計，使測量系統(tǒng)的電路簡單、使用方便 [1]。本設計介紹一種基于單片機控制的四個圈范圍的熱敏電阻溫度測量系統(tǒng)。是基于熱敏電阻的高電阻的特性，應用單片機進行頻率法的溫度測量，具有電路設計簡單，測量精度高的特點。單片機的使用，使測量過程中的非線性化校正，變得更加方便、實用。本糧庫溫度單片機測控裝置設計系統(tǒng)是利用熱敏電阻這類溫度傳感器對溫度進行大范圍的采樣，采樣所得溫度是局部范圍的平均溫度，然后將熱敏電阻電路經(jīng)由單片機 T0 口計數(shù)所測得的頻率值進行對比，查找適合的頻率段，然后經(jīng)單片機輸出，轉(zhuǎn)換為七段顯示碼，最終由接口電路輸出，驅(qū)動兩個數(shù)碼顯示管。并能將數(shù)據(jù)發(fā)送到 PC 機上。糧食倉庫一般的溫度屬于常溫，故此本設計測量的溫度為 0℃～50℃。測量基本單位 1176。C，精度還算較高。本設計采用型號為 mfh1033950 的熱敏電阻進行的溫度監(jiān)控，用一個74LS153 對由 555 振蕩電路組成的四圈熱敏電阻電路進行選擇，74LS153 另一端接單片機AT89C51 的 T0 端，對熱敏電阻電路發(fā)出的脈沖進行計數(shù)，再經(jīng)單片機（AT89C51）進行數(shù)據(jù)處理，通過頻率溫度轉(zhuǎn)換得出被測溫度平均值，并保存數(shù)據(jù)，以備發(fā)送給 PC 機，并將數(shù)據(jù)送往兩個七段顯示器顯示溫度。同時若溫度高于 50176?；虻陀?0176。則響報警器。本設計目前還存在一些問題，那就是在測量的精度上還不夠精確，測量的點不夠多，測量的靈活性不夠，需要進一步的改進。廣東海洋大學 2022 屆畢業(yè)設計5第 2 章 總體方案設計圖 21 設計原理圖圖 21 中，555 時基集成電路，是一個典型的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器,AT89C51 單片機。 為抗干擾濾波電容，f 是頻率信號輸出。f=（C1*（R0+2*Rt ） ）從上式可以看出，當 CR1 為固定值時，555 時基電路的輸出頻率 f 僅僅與熱敏電阻 Rt 有關(guān),而熱敏電阻的阻值 Rt 與測量的溫度有關(guān)。因此，需要測量的溫度由 Rt 熱敏電阻轉(zhuǎn)換成電阻值，通過 555 時基電路轉(zhuǎn)換成頻率信號，單片機通過 （T0 口）對頻率進行測量，就可以計算出測量的溫度值 [2]。 總體方案選擇方案 1 使用集成溫度傳感器，例如電流型傳感器 AD590，經(jīng)外接電阻后輸出電壓信號，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以利用單片機進行數(shù)據(jù)處理，然后顯示出來，達到測量溫度的目的，而且AD590 為電流型傳感器，電流不會受到電壓降和感應電壓的影響，所以適合于用來實現(xiàn)遠距離測量。但硬件電路復雜，不僅線路復雜，難以消除硬件元器件參數(shù)隨溫度變化而引起溫度測量誤差，且成本相對較高，而且不便大范圍測量，經(jīng)濟效益差。方案 2 由于本設計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，再將其隨被測溫度變化的電阻阻值變化，經(jīng)公式得出熱敏電阻的溫度頻率關(guān)系，利用溫度頻率法進行測量，只需要用單片機對頻率進行計數(shù)，就可以得到相應溫度值，在經(jīng)過簡單的數(shù)據(jù)的理，將數(shù)據(jù)輸出到顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，且硬件電路較為簡單，而且便于大范圍測量，變化率較大，固有電阻大，無需延長導線時的誤差補償，造價低經(jīng)濟效益好，測量精度高，具有極高的實際生活價值。從以上兩個方案對比可知，方案 2 的硬件電路簡單，而且適合大范圍測量，所以選擇方案2。廣東海洋大學 2022 屆畢業(yè)設計6 總體設計流程本溫度檢測系統(tǒng)利用高精度熱敏電阻溫度傳感器采樣環(huán)境溫度，利用熱敏電阻阻值與頻率的關(guān)系實現(xiàn)脈沖計數(shù)，首先利用單片機 T0 口讀入脈沖值，再經(jīng)單片機加工處理，轉(zhuǎn)查詢相應的七段顯示碼，最終由接口電路輸出，驅(qū)動數(shù)碼顯示管，并能向 PC 機發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。 總體設計方框圖圖 22 總體設計方框圖 電阻頻率溫度轉(zhuǎn)換流程 總體方案性能指標（1） 、熱敏電阻串聯(lián)分布四圈（2） 、測溫范圍 0176。C～50176。C。（3） 、溫度誤差不大于177。 ℃。（4） 、溫度顯示同時顯示熱敏電阻圈，及其對應的溫度。圖 23 電阻頻率溫度轉(zhuǎn)換流程圖廣東海洋大學 2022 屆畢業(yè)設計7（5） 、采用 AT89C51 片機，具有遠程通訊功能。第 3 章 硬件設計 單片機電路設計單片機 T0 端檢測 555 與熱敏電阻組成的回路所發(fā)出的脈沖，單片機 T1 定時，當定時結(jié)束，計數(shù)也隨之結(jié)束，然后進入程序計算出溫度值，經(jīng)過處理后得到所測量的溫度值，再經(jīng)單片機加工處理，轉(zhuǎn)換為七段顯示碼，最終由接口電路輸出，驅(qū)動數(shù)碼顯示管。并將溫度值通過單片機的串口發(fā)送到 PC 機。本設計選用單片機 AT89C51，選定晶振頻率為 12MHz。AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲器（FPEROM —Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡版本。AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 [3]。（1） 、主要性能參數(shù)：與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz－24MHz三級加密程序存儲器1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM32 個可編程 I／O 口線2 個 16 位定時／計數(shù)器6 個中斷源可編程串行 UART 通道低功耗空閑和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路片內(nèi)振蕩器和時鐘電路廣東海洋大學 2022 屆畢業(yè)設計8（2） 、管腳說明：VCC：供電電壓。 　　GND：接地。 　　P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高 [4]。 　　P1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 　　P2 口：P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個TTL 門電流，當 P2 口被寫“1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 圖 31 AT89C51 芯片引腳分布圖　　P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，廣東海洋大學 2022 屆畢業(yè)設計9P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 31 所示：表 31 特殊功能口端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸入口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時/計數(shù) 0 外部輸入） T1（定時/計數(shù) 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）　　RST ：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 　　/EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 　?。?） 、振蕩器特性: 　　XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。AT89C5l 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分廣東海洋大學 2022 屆畢業(yè)設計10別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖 32。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 CC2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF177。10F。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖 32 右圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空圖 32 AT89C51 振蕩電路由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。（4） 、空閑節(jié)電模式AT89C51 有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（即電源控制寄存器）中的PD（）和IDL（ ）位來實現(xiàn)的。PD 是掉電模式，當PD=1 時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當IDL=1，激活空閑工作模式，單片機進入睡眠狀態(tài)。如需同時進入兩種工作模式，即PD 和IDL同時為1，則先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止 [5]。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL（）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。程序會首先響應中斷 [6]，進入中斷服務程序，執(zhí)行完中斷服務程序并緊隨RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片廣東海洋大學 2022 屆畢業(yè)設計11機進入空閑模式那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是，當由硬件復位來終止空閑工作模式時，CPU 通常