【正文】 度時(shí)，、為了簡(jiǎn)化處理，當(dāng)溫度變化一度時(shí)，誤差經(jīng)過(guò)計(jì)算： = 4－6經(jīng)過(guò)放大器放大之后：27= 4－7 的精度19mV。于是，V0=I(RtR1)＝（RtR1）。假設(shè)R4=R5=R6＝r，R1與Rt電阻值相對(duì)R2,R3較小，可以認(rèn)為I1=I2=I（恒流源）。 選用鉑電阻作為電阻傳感器的另一個(gè)重要原因是因?yàn)樵?00－300℃的范圍內(nèi)，鉑電阻具有其他電阻無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)：電阻變化與溫度幾乎程線性，下圖所示的是根據(jù)鉑熱電阻在200－300度的范圍內(nèi)分度表所畫(huà)出的刻度圖：圖 4－1 熱電阻在100－300溫度范圍內(nèi)的分度刻度表 由上圖可見(jiàn)，電阻與溫度是程線性的，所以在軟件的程序之中，200度的范圍內(nèi)可以不進(jìn)行線性化處理。具體來(lái)說(shuō)，我電阻我采用的是鉑電阻。下面給出了5V電壓源的電路圖，其他電壓源產(chǎn)生方法類(lèi)同。（2）抗干擾問(wèn)題，在電源的進(jìn)線端，即電源變壓器的初級(jí)串連一個(gè)電源濾波器，可以有效的抑制高頻干擾的侵入。當(dāng)輸入遠(yuǎn)離整流濾波電路時(shí)，需外接電容C2，用以減少波紋電壓；C3用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。W7805輸出+5V的電壓。在我的系統(tǒng)中我選用了W78系列的三端固定式集成穩(wěn)壓器。自從有了集成穩(wěn)壓器件問(wèn)世后，大大方便了電源的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用了由交流電經(jīng)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓而形成的直流電源。 電源部分直流電源是電子設(shè)備中供給能量的部分，因此是不可缺少的部分。例如，可用軟件延時(shí)、定時(shí)中斷或周期脈沖控制的采樣率，以及用延時(shí)程序、查詢EOC電平或用EOC的正跳變請(qǐng)求中斷來(lái)判斷某個(gè)通道轉(zhuǎn)換的結(jié)束。4． 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可通過(guò)執(zhí)行IN指令，設(shè)法在 OE腳上形成一個(gè)高電平脈沖，打開(kāi)輸出緩沖器的三態(tài)門(mén)，讓轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，并被讀入累加器中?？梢酝ㄟ^(guò)執(zhí)行OUT指令產(chǎn)生負(fù)脈沖，經(jīng)反相后形成正脈沖，也可由定時(shí)電路或可編程定時(shí)器提供啟動(dòng)脈沖。下圖為AD0809的定時(shí)圖 （圖3－9）圖3－8 AD0809的時(shí)序圖對(duì)指定的通道采集一個(gè)數(shù)據(jù)的過(guò)程如下：1． 選擇當(dāng)前轉(zhuǎn)換的通道，即將通道號(hào)送到A0、A和A2的引腳上。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度快，分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，而且采用這種方法的ADC芯片正本較低，因此在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。該片子有三個(gè)電源引腳，其中，Vss通常與系統(tǒng)模擬地相連，Vdd接正電壓（如10V），Vee接負(fù)電壓或地。8個(gè)I/O引腳I/00～I(xiàn)/O7可以作為輸入端，這時(shí)O/I引腳便作為輸出端，開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)8到1的選擇功能。通常，和A2～A0信號(hào)由接在CPU數(shù)據(jù)總線上的一個(gè)鎖存器提供，這樣就可以用輸出指令實(shí)現(xiàn)通道選擇。 圖3－8為CD4051的引腳圖 圖3－7 CD4051的引腳圖其中引腳為選通端，只有當(dāng)為低電平時(shí)，才能選通某一通道，使開(kāi)關(guān)接通。這種電路已經(jīng)有集成的電路產(chǎn)品，如CD405CD405CD4097都是可以進(jìn)行雙向切換的多路開(kāi)關(guān)，他們既可以作多路輸入、一路輸出的模擬開(kāi)關(guān)，也可以作一路輸入、多路輸出的模擬開(kāi)關(guān)。 多路模擬開(kāi)關(guān)用來(lái)切換模擬信號(hào)。此種方法非常簡(jiǎn)單，再整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中，只需要測(cè)量出一個(gè)熱端溫度，就可以完成對(duì)熱電偶的冷端補(bǔ)償。其中Rt為一熱電偶，由于冷端溫度變化而導(dǎo)致電橋輸出電壓變化，該電壓的極性與熱電偶輸出熱電動(dòng)勢(shì)相反，而大小則取熱電偶冷端作為工作端，而零度作為自由端時(shí)的輸出電壓值，從而達(dá)到冷端補(bǔ)償?shù)淖饔?。在?shí)驗(yàn)室條件下采用冰浴法，通常是把冷端放在盛有絕緣油的試管中，然后在將其放入裝滿冰水混合物的保溫容器中，使冷端保持0℃。必須指出，只有當(dāng)新移接點(diǎn)處的冷端溫度恒定或配用的儀表本身具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償裝置時(shí)，應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線才又意義。為了使熱電偶與被測(cè)溫度間呈單值函數(shù)關(guān)系，需把冷端恒溫或用下述幾種方法來(lái)處理：1． 補(bǔ)償導(dǎo)線 為使熱電偶冷端保持恒定（最好為0℃）：通常做法是用一種導(dǎo)線（稱(chēng)補(bǔ)償導(dǎo)線）將熱電偶冷端延伸出來(lái)（見(jiàn)圖3－6） 圖3－5 補(bǔ)償導(dǎo)線在測(cè)溫回路中的連接這種導(dǎo)線使在溫度范圍內(nèi)（0～100℃）具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能。平常使用時(shí)，熱電偶兩端輸出的熱電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度值只是相對(duì)于自由端溫度的一個(gè)相對(duì)溫度值，而自由端的溫度又常常不為零度。高溫端的電子能量比低溫端的電子能量大，因此從高溫端流向低溫端的電子數(shù)目比從低溫端流向高溫端的多，結(jié)果丟失電子的高溫端帶正電荷，得到電子的低溫端帶負(fù)電荷。其大小取決于兩種導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸電阻的溫度。 3－4 熱電偶的工作原理熱電動(dòng)勢(shì)由兩部分組成：接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)。因此，國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，℃～℃的溫度范圍內(nèi)，用熱電偶作為復(fù)現(xiàn)的熱力學(xué)溫標(biāo)的基準(zhǔn)儀器，熱電偶在一般的測(cè)量和控制體系中，常用于中高溫區(qū)的溫度檢測(cè)。 熱電偶。 V=I1 (R4+Rt) + (I1+I2)R6=I(r+Rt)+(I+I)=IRt+3Ir 39 V=I2 (R1+R5) + (I1+I2) R6=I (R1+r) + (I+I) r=IR1+3Ir 310 V=V=VV=IRt+3IrIR13Ir=I(RtR1) 311式3－（8）11與導(dǎo)線電阻沒(méi)有關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了精確測(cè)量。 圖3－3 熱電阻的三線制接法RR5和R6為導(dǎo)線電阻。 ②三線制接法。假設(shè)R4=R5=r,R1與R2電阻值相對(duì)RR3電阻值較小，可以認(rèn)為I1=I2=I（恒流源）。二線制接法如圖3－2所示： 圖3－2 熱電阻的二線制解法R2和R3是固定電阻，電阻值較大，且R2=R3。采用三線制、四線制可消除連接引線過(guò)長(zhǎng)而引起的誤差。％，鉑電阻不超過(guò)R。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通常使熱電阻或放大器采用兩線、三線或四線制的接線形式。＝100歐，銅電阻在零溫度時(shí)的R。(℃+6t) 340℃～650℃時(shí)，△t=177。C=/當(dāng)溫度為0℃以上且較低時(shí)，可近似的表示為 Rt=R。當(dāng)溫度t＝0℃～650℃時(shí)，鉑電阻的電阻Rt與溫度t的關(guān)系接近于線性并有 Rt=R0（1＋At+B） 31當(dāng)溫度t=200℃～0℃時(shí)，有Rt=R。＝（100177。0。目前，國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)的兩種型號(hào)的鉑電阻R。在1927年就把鉑電阻作為復(fù)現(xiàn)溫標(biāo)的基準(zhǔn)器，當(dāng)前仍是作為精密溫度計(jì)的一種主要傳感器。A．鉑電阻鉑電阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。熱電阻是由電阻體、絕緣套管和接線盒等主要部分組成的。利用電阻隨溫度變化的特性制成的傳感器，它主要用于對(duì)溫度和與電阻有關(guān)的參量進(jìn)行技能型檢測(cè)。⑤ 兩個(gè)16位的遞增定時(shí)/計(jì)數(shù)器；⑥ 全雙工的通用異步接收/發(fā)送器；⑦ 兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別的五源中斷結(jié)構(gòu)；⑧ 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器；⑨ 4K字節(jié)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；⑩ 64字節(jié)程序存儲(chǔ)器地址空間；? 64K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間；? 有片內(nèi)的EPROM。在我國(guó)，最受歡迎的8位機(jī)要Philips公司的80C51及其系列產(chǎn)品，因其具有體積小、功能全和價(jià)格低等一系列優(yōu)點(diǎn)。 溫度巡檢儀的硬件構(gòu)成目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上可供選擇的單片機(jī)的類(lèi)型有很多種，以MCS－5MCS96為主流系列。數(shù)字式溫度傳感器AD590主要是采集每個(gè)測(cè)試熱電偶所對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度，并在其內(nèi)部將采集到的溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)，用來(lái)進(jìn)行對(duì)熱電偶進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖3－1。第三， 由于硬件電路上沒(méi)有線性化及冷端補(bǔ)償措施，那么軟件勢(shì)必功能很強(qiáng)大，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)尋找盡可能簡(jiǎn)單完善的思路，保證程序易于修改、調(diào)試。第二， 為保證本系統(tǒng)高可靠性的運(yùn)行，儀器本身要具備很強(qiáng)的抗干擾能力，為此應(yīng)在硬件及軟件設(shè)計(jì)上引入各種抗干擾措施。經(jīng)過(guò)以上對(duì)比，可以采用非編碼式鍵盤(pán)。非編碼式鍵盤(pán)僅由排成行、列矩陣形式的按鍵組成，按鍵的作用只是簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的接通或斷開(kāi)，鍵的去抖動(dòng)、鍵的編碼的形成和鍵識(shí)別等均由軟件來(lái)完成。每按下一個(gè)鍵，能自動(dòng)產(chǎn)生這個(gè)鍵的鍵碼，與此同時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，通知CPU接收。 鍵盤(pán)是一組按鍵的組合，它的主要作用是控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)和命令，有編碼式鍵盤(pán)和非編碼式鍵盤(pán)兩類(lèi)。 CRT顯示器可以進(jìn)行圖形顯示，但是接口較復(fù)雜，成本也較高。對(duì)于采用電池供電的便攜式智能化測(cè)控儀表，考慮到低功耗的要求，常常需要采用液晶顯示器，它體積小，重量輕，功耗極低，因此在儀器儀表中的應(yīng)用十分廣泛。 LCD是一種被動(dòng)顯示器，它本身并不發(fā)光，只是調(diào)節(jié)光的亮度。發(fā)光二極管LED是智能化測(cè)量控制儀表中簡(jiǎn)單而常用的輸出設(shè)備，通常用來(lái)指示機(jī)器的狀態(tài)或其他信息。液晶顯示器，簡(jiǎn)稱(chēng)LCD(Liquid Crystal Display),和CRT 顯示器。所以前面兩種方案由于測(cè)溫范圍的限制，我們將采用第三種方案，而且第三種方案是比較成熟的技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)上也比較容易。 第三種方案：各測(cè)試點(diǎn)的溫度值經(jīng)過(guò)測(cè)溫元件熱電偶、熱電阻等，被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這樣得到的多路采樣信號(hào)經(jīng)濾波器、放大器、多路開(kāi)關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換電路，由單片機(jī)控制通道A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換。同上方案相比有明顯的優(yōu)勢(shì)和廣泛的開(kāi)發(fā)前景。這種方案中的溫度傳感器兼有測(cè)溫和A/D轉(zhuǎn)換的功能，輸出值是數(shù)字信號(hào)，所以不必使用A/D轉(zhuǎn)換器和相關(guān)的接口芯片，能夠直接進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。第二種方案：選用先進(jìn)的數(shù)字式溫度傳感器，將采集到的數(shù)字式信號(hào)直接送入單片機(jī)進(jìn)行處理。以A/D590為例，它的測(cè)溫范圍是－55～＋150℃，工作電壓是＋4～＋30V。根據(jù)以上要求，硬件電路有以下幾個(gè)方案可供選擇。這個(gè)系統(tǒng)要具備一定的抗干擾能力，應(yīng)在硬件和軟件上引入各種抗干擾的措施，以增強(qiáng)它的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；3。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面:1。 方案論證與選擇設(shè)計(jì)方案的不同將直接決定儀表硬件的繁簡(jiǎn)程度，從而確定軟件的不同編寫(xiě)思路。在本系統(tǒng)中CPU在溫度采集和處理時(shí)，主要是對(duì)溫度值進(jìn)行巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和整理。本系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)專(zhuān)用的單片機(jī)系統(tǒng)。2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)在本章的設(shè)計(jì)中將進(jìn)行系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，以便在后續(xù)章節(jié)中選擇合適的單片機(jī)及外圍芯片，完成具體的硬件電路設(shè)計(jì)。4．系統(tǒng)要有較強(qiáng)的抗干擾性能。2．在測(cè)量范圍內(nèi)可以正常顯示。 本文的主要研究?jī)?nèi)容本課題的主要任務(wù)是研制一種智能的溫度數(shù)據(jù)采集器，由4路傳感器實(shí)現(xiàn)不同地點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)的采集，并通過(guò)一定的處理之后進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)溫度的采集儲(chǔ)存和顯示。