【導(dǎo)讀】溫度進(jìn)行及時(shí)精確的控制和檢測顯得尤為重要。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們需。要對各種加熱爐，熱處理爐，生化溫室中溫度進(jìn)行監(jiān)測。采用單片機(jī)來對他們。度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。硬件部分是以鉑電阻PT100作為溫度傳感器，示，通過按鍵調(diào)節(jié)溫度上、下限。軟件部分在此主要對硬件電路各部分功能的。程序進(jìn)行模塊化，并對電阻——溫度進(jìn)行標(biāo)度變換，對采集的溫度數(shù)據(jù)濾波，實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)測量與控制。

　　

【正文】 信號(hào)輸入電路 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn) 20 信號(hào)輸入的放大電路主要是由 AD6 OP07構(gòu)成的兩級放大電路組成。 AD620是儀用放大器，輸入偏置電流小，精度高，增益設(shè)置和調(diào)節(jié)簡單。在 AD620 的 1腳和 8 腳之間外接一個(gè)電 阻 R 就可以設(shè)置放大電路的增益 G。 OP07 是一種高精度單片運(yùn)算放大器，具有很低的輸入失調(diào)電壓和漂移。 OP07 的優(yōu)良特性使它特別適合作前級放大器，放大微弱信號(hào)，一般不用考慮調(diào)零和頻率問題就能滿足要求。 A/D 采集信號(hào) 模 /數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換測量子函數(shù)用來控制對 ADC0809的 4路模擬輸入的微小信號(hào)，即恒流源電路采集到的信號(hào)經(jīng)過放大電路進(jìn)行放大后，送入到 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入端的信號(hào)，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換并將對應(yīng)的數(shù)值移入內(nèi)存單元。溫度采集程序總流程圖如圖 所示。 圖 A/D 溫度采集總流程圖 OE=0；取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換 開始 EOC=1 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 N 地址數(shù)加 1 小于 8 本路數(shù)據(jù)采集 N 次 返回 Y N N Y 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn) 21 單路熱電阻電壓采集子程序?yàn)椋? /***********************單路熱電阻電壓采集 *************************/ void adc_0809(uchar adc_in) { uchar i。 uint temp。 ADD_A=0； ADD_B=0； ADD_C=0。 //選擇 AD 輸入通道 ； for(i=0。iN。i++) //采集數(shù)據(jù)次數(shù)為 N； { ADC_ST=0。 _nop_()。 ADC_ST=1。 _nop_()。 ADC_ST=0。 _nop_()。 while(!ADC_EOC) //等待 AD 轉(zhuǎn)換完成 ； ADC_OE=1。 temp=P1。 //ADC0809 與單片機(jī)的連接端口為 P1； adc_data[i]=temp。 //存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)； delay1us(5)。 ADC_OE=0。 } } 由于輸出顯示采用 LCD1602，設(shè)計(jì)為同時(shí)顯示兩路溫度， 在熱電阻電壓總循河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn) 22 環(huán)采集子程序中，每個(gè)周期需要 2 次采集循環(huán)。每次循環(huán)采集兩路信號(hào)，先采集第一個(gè)通道的信號(hào)，并將采集到的數(shù)據(jù)存放在 該通道數(shù)據(jù) 指定的單元中；再采集臨近通道的信號(hào)，將采集到的數(shù)據(jù)存放在 該通道數(shù)據(jù) 指定的單元中。熱電阻電壓總循環(huán)采集子程序?yàn)椋? /***********************熱電阻電壓總循環(huán)采集 ***********************/ void main_0809(char l) { uchar bai,shi,l1,l2,adc_in1,adc_in2,tx,lu。 switch(l) { case 0:l1=39。139。,l2=39。239。,adc_in1=0,adc_in2=1。 //選擇 AD 輸入 通道 ； case 1:l1=39。339。,l2=39。439。,adc_in1=2,adc_in2=3。 //選擇 AD 輸入通道 ； case 2:l1=39。539。,l2=39。639。,adc_in1=4,adc_in2=5。 //選擇 AD 輸入通道 ； case 3:l1=39。739。,l2=39。839。,adc_in1=6,adc_in2=7。 //選擇 AD 輸入通道 ； } for(lu=0。lu2。lu++) { adc_0809(adc_in1)。 delay1us(5)。 tx1=u_turn_t()。 delay1us(5)。 adc_0809(adc_in2)。 delay1us(5)。 tx2=u_turn_t()。 delay1us(5)。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn) 23 } } 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理程序?qū)⒉杉碾妷和ㄟ^一定的關(guān)系式轉(zhuǎn)換為溫度值，并溫度值讀入到指定數(shù)組中。此中包括 AD 測得的值為電壓值，電壓與溫度轉(zhuǎn)換的關(guān)系式； PT100的線性化處理；在采集過程中，由于外界干擾對采集到的數(shù)據(jù)的影響，做出相應(yīng)的處理。 電壓 —PT100 阻值 轉(zhuǎn) 換 系統(tǒng)的測量范圍是 0~200℃ ， PT100 對應(yīng)的電阻值為 100~，由恒流源電路可知， PT100 對應(yīng)的輸出電壓也是調(diào)理電路的輸入為 mV~，調(diào)理電路的輸出電壓為 0V~ 5V。 因此，調(diào)理電路應(yīng)完成輸入電壓與輸出電壓的對應(yīng)變換 ： mV 與 0 V； mV 與 5 V；由于輸出電壓為 0V~ 5V，則： mV – = 式 () 即： 與 5V 的對應(yīng)變換。由以上分析可知，兩級放大電路的總的增益為 G= 5/≈40。第一級放大 電路的增益確定為 20 倍，第二級為 2 倍。圖 中 PT100 是熱電阻， R0 值由于在輸出為 0V 時(shí)，實(shí)際上有個(gè)對應(yīng)于 100 歐姆的偏置電路。電路 由 5V 提供電路電源供電 R12， PT100 與 R12 電阻值相對較小，流經(jīng) R12 中的電流可視為 恒流源。 PT100 兩端的電壓經(jīng) AD6 OP07 進(jìn)行二級放大 40 倍，輸出接到 ADC0809 輸入端。 因此根據(jù) ： PT100R0=U/I 式 () 得： I=() 而 ： AD=I*(PT100100)*G 式 () 這里的 AD 值為 A/D 轉(zhuǎn)換得結(jié)果， G 為放大器的增益，本設(shè)計(jì)中的二級放大器放大的倍數(shù)為 40 倍。 將上述條件代入得： PT100=AD/I/G+100=AD/+100 式 () 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn) 24 AD 值 —十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn) 換 模 /數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換測量子函數(shù) ， 通過 P1 口測得的 A/D 值為二進(jìn)制數(shù)，為方便接下來的計(jì)算，須將測得的 AD 值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，程序如下： uint ad_turn_D() { uint adc, temp。 temp=P1。 adc=(temp/)*。 //adc 為所測得電壓值的十進(jìn)制數(shù)； } 通過插值算法校正 PT100 的非線性度 由 PT100 的特性可知，雖然 PT100 的線性度比較好，但是由于其溫度 —電阻函數(shù)關(guān)系并非線性，用單片機(jī)運(yùn)算則占用資源和時(shí)間都比較多。通常采用查表和線性插值算法進(jìn)行標(biāo)度變換的方法計(jì)算出溫度，不僅運(yùn)算快、占用單片機(jī)內(nèi)部資源少，而且可以一定程度上對 PT100 進(jìn)行線性化校正，從而達(dá)到非常精確的測溫效果。 要查表首先要在單片機(jī)的 ROM 區(qū)建立一個(gè)電阻 —溫度分度表，在檢測值的范圍內(nèi)均勻選擇若干個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，標(biāo)定的點(diǎn)數(shù)越多則表格越大，對系統(tǒng)的描述也越精確?？紤]到單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間資源和實(shí)際的測量精度要求，并不需要每隔一攝氏度就取一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，根據(jù)精度要求選擇適當(dāng)?shù)臏囟乳g隔。例如 本次設(shè)計(jì)是在0～ 200℃ 范圍內(nèi)每隔 5℃ 標(biāo)定一個(gè) PT100 的電阻值，即共 41 個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，分別記作R[i]， i 取 0～ 41，對應(yīng)的溫度記作 Ti=i*5。 如圖 所示， 采用線性插值算法進(jìn)行標(biāo)度變換時(shí)，將檢測值 Rx 通過順序查表，與標(biāo)定點(diǎn) R[i]比 較，確定區(qū)間 R[i]RxR[i+1]，然后進(jìn)行線性插值算法求得溫圖 插值算法示意圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn) 25 度值 tx： tx=T[i]+((RxR[i])/(R[i+1]R[i]))*(T(i+1)T(i)) 式 () 因?yàn)槭敲扛?5℃ 標(biāo)定一個(gè)電阻值，所以 T(i+1)T(i)=5，即： tx=Ti+5*(RxR[i]/R[i+1]R[i]) 式 () 若 經(jīng) A/D 采樣和濾波得 PT100 的電阻值 Rx=，求此時(shí)實(shí)測對象的溫度tx。 查 Rx=，表得 R[6]RxR[7]， R[6]＝ ， R[7]＝ 即： Ti=i*5=6*5=30℃ 式 () 代入 式 () 得： tx=Ti+5*(RxR[6])/(R[7]R[6]) =30+5*()/() = 此時(shí)實(shí)測對象的溫度 tx 為 ℃ 。 熱電阻的溫度轉(zhuǎn)換子程序?yàn)椋? /***********************熱電阻溫度轉(zhuǎn)換 *************************/ char u_turn_t() { uint rpt,i,j,tx,adc。 adc=filter()。 rpt=( adc/ G/ +100)。 //由式 ()得 rpt； G 為輸入電壓二級增益； delay1us(5)。 for(i=1。rptR[i]。i++)。 j=i1。 tx=M*10*(j+(rptR[j])/(R[j+1]R[j]))。 //M為電阻 —溫度分度表兩個(gè)電阻相隔的溫度度數(shù)； return tx。 //返回溫度值； } 去極值平 均濾波法 通過對采樣信號(hào)進(jìn)行濾波減小隨機(jī)誤差由于外界干擾或某些不可預(yù)知的因素，模擬量在受到干擾后，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果偏離了真實(shí)值，可能會(huì)出現(xiàn)一些隨機(jī)的誤差，如果只采樣一次，無法確定結(jié)果是否可信。必須通過多次采樣得到一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)序列，通過軟件算法處理后才能得到一個(gè)可信度較高的結(jié)果。通過數(shù)字濾波的方法可進(jìn)一步提高溫度的可信度。 這種方法就是數(shù)字濾波。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn) 26 濾波器是一種能使有用頻率信號(hào)通過而同時(shí)抑制 (或大為衰減 )無用頻率信號(hào)的電子裝置，可分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。模擬濾波器是主要采用 R、 L、 C等無源 器件組成的濾波電路或由運(yùn)放和 R、 C組成的有源濾波器。而數(shù)字濾波則是采用軟件算法實(shí)現(xiàn)濾波的。數(shù)字濾波的前提是對同一數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采樣，在單片機(jī)系統(tǒng)中一般有以下幾種方法： 1) 中值濾波：一般采樣 7次，排序后取中間值。 2) 算術(shù)平均濾波：一般采樣 8次，求平均值。 3) 去極值平均濾波：去掉最大最小值后求平均值。 4) 加權(quán)平均濾波：各加權(quán)系數(shù)之和為 1。 5) 滑動(dòng)平均濾波：本次采樣值和前 n次采樣值求平均。 數(shù)據(jù)濾波方法選用要視現(xiàn)場環(huán)境和被測對象而定，在本系統(tǒng)中采用的是去極值平均值濾波，算術(shù)平均濾波不能將明顯 的脈沖干擾或粗大誤差消除，只能將其影響削弱。因明顯干擾或粗大誤差使采樣值遠(yuǎn)離其實(shí)際值，可以比較容易地將其剔除，不參與平均值計(jì)算，從而使平均濾波的輸出值更接近真實(shí)值。 此處采用 去極值 平均濾波法 ，其實(shí)現(xiàn)的方法為： 1) 連續(xù)采樣 N個(gè)數(shù)據(jù)； 2) 把 N 個(gè)采樣數(shù)據(jù)按大小排列； 3) 去掉一個(gè)最大值，去掉一個(gè)最小值； 4) 然后計(jì)算 N2 個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。 去極 值平均濾波 子程序?yàn)椋? /***********************去極值 平均濾波 *************************/ uchar filter() { char count,i,j。 uint adc_buf[N]。 uint sum=0,buf=0。 for(count=0。countN。count++) { adc_buf[count]=adc_data[count]。 } for(j=0。jN1。j++) //把 N 個(gè)采樣數(shù)據(jù)按大小排列； { 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn) 27 for(i=0。iNj。i++) { if(adc_buf[i]adc_buf[i+1]) { buf=adc_buf[i]。 adc_buf[i]=adc_buf[i+1]。 adc_buf[i+1]=buf。 } } } for(count=1。countN1。count++) //去掉一個(gè)最大值，去掉一個(gè)最小值； { sum+=adc_buf[count]。 } return (sum/N2)。 //返回計(jì)算的 N2 個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值； } 溫度顯示 顯示系統(tǒng)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于顯示各種參數(shù)的值，以便使現(xiàn)場工作人員能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)過程。 以上章節(jié)已經(jīng)將溫度檢測 并 計(jì) 算出，存儲(chǔ) 到 方便 LCD 顯示的單元。 LCD 顯示程序顯示實(shí)時(shí) 采集 溫度的數(shù)據(jù)， 每路顯示的格式為： IN0： ℃ ， 每次顯示兩路輸入信號(hào)，共 2 次 循環(huán) 顯示完所有信號(hào)。 溫度顯示程序總流程圖如圖 所示： 河南城建