【正文】 ............................................................40 附錄 A： ...............................................................................................................41 附錄 B： ...............................................................................................................42 附錄 C： ...............................................................................................................43 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 前言 1 前 言 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度檢測(cè)和控制都直接和安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系。 硬件部分 是以鉑電阻 PT100 作為溫度傳感器，采用恒流測(cè)溫的方法，通過單片機(jī) STC89C52 進(jìn)行控制，用放大器、 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度信號(hào)的采集 ， 再通過單片機(jī)把采集到的信號(hào)送到 LCD1602 中進(jìn)行顯示，通過 按鍵調(diào)節(jié)溫度上、下限 。采用單片機(jī)來對(duì)他們控制不僅具有控制方便，簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) [論 文 ] 題目： 智能型溫度巡檢儀 (軟件部分 ) 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 摘要 I 摘 要 在實(shí)際生產(chǎn)和生活等各個(gè)領(lǐng)域中，溫度是環(huán)境因素不可或缺的一部分，對(duì)溫度進(jìn)行及時(shí)精確的控制和檢測(cè)顯得尤為重要。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們需要對(duì)各 種 加熱爐，熱處理爐，生化溫室中溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 本文 是 基于 智能 溫度 巡檢儀 的 硬件部分所做的 軟 件 程序 ， 它 與硬件部分 相結(jié)合實(shí)現(xiàn) 溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量 與控制 。 軟件 部分在此主要 對(duì)硬件電路各部分功能的程序進(jìn)行模塊化，并 對(duì)電阻 —— 溫度進(jìn)行 標(biāo)度變換 ， 對(duì)采集 的 溫度數(shù)據(jù)濾波 ，實(shí)現(xiàn) 溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量與控制 。溫度檢測(cè)類儀表作為溫度計(jì)量工具，也因此得到廣泛應(yīng)用。 智能溫度巡檢儀首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集就是將一般的物理量通過傳感器轉(zhuǎn)換成模擬量，在經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量供給 CPU進(jìn)行處理。 本設(shè)計(jì) 應(yīng)用性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以作為溫度測(cè)量顯示系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、生產(chǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 概述 2 1 概述 溫度檢測(cè)儀表的現(xiàn)狀 溫度是一個(gè)很重要的物理參數(shù)，自然界中任何物理。在工業(yè) 生產(chǎn)過程中，溫度檢測(cè)和控制都直接和安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相聯(lián)系，因此在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中都受到普遍重視。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這類儀表的發(fā)展也日新月異。 傳統(tǒng)的機(jī)械式檢測(cè)儀表在工礦企業(yè)之中已經(jīng)有上百年的歷史了。由于測(cè)溫原理的不同，不同的儀表在記錄、遠(yuǎn)傳等方 面的性能差別很大。 近年來由于微電子學(xué)的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益廣泛，智能化測(cè)量控制儀表已經(jīng)取得了極大的進(jìn)步。以單片機(jī)為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線 路，可以輕易的將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量技術(shù)結(jié)合在一起。目前在研制高精度、高性能、多功能的測(cè)量控制儀表時(shí)，幾乎沒有不考慮采用單片機(jī)使之成為智能儀表的。各種集成電路芯片都在朝超大規(guī)模、全 CMOS 化的方向發(fā)展，從而使用戶具有了更大的選范圍，這類儀器能夠解決許多傳統(tǒng)儀器不能或不易解決的問題，同時(shí)還能簡(jiǎn)化儀表電路，提高儀表的可靠性，降低儀表的成本以及加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度。裝在儀表內(nèi)部的 EPROM 中的監(jiān)控程序由許多程序模塊組成，每 一個(gè) 模塊完成一種特定的功能，例如實(shí)現(xiàn)算法、接受并分析鍵盤輸入命令等。這就為設(shè)計(jì)者擴(kuò)展或改變儀表集體功能提河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 概述 3 供了方便?，F(xiàn)在傳 感器也正在受著微電子技術(shù)的影響，不斷發(fā)展變化。由許多的國家正致力于將微處理器與傳感器集成于一體，以構(gòu)成超小型、廉價(jià)的測(cè)量?jī)x器的主體。國內(nèi)的開發(fā)規(guī)模也相對(duì)較小，開發(fā)費(fèi)用相對(duì)較高，與國際相比還存在很大的差距。測(cè)量的目的就是盡可能準(zhǔn)確的及時(shí)收集被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)信息，以便對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行正 確的控制。歷史事實(shí)也已證明：科學(xué)的進(jìn)步，生產(chǎn)的發(fā)展和進(jìn)步是相互依賴、相互促進(jìn)的?？茖W(xué)和技術(shù)的發(fā)展是與測(cè)量水平并行進(jìn)步，相互匹配的。 在暖通空調(diào)專業(yè)中，供暖、空調(diào)、制冷效果檢驗(yàn)；建筑熱工特性的測(cè)量；新型建筑材料的特性檢驗(yàn)；建筑節(jié)能的研究；空暖熱網(wǎng)，通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)、燃?xì)馀涔芫W(wǎng)、給排水網(wǎng)等系統(tǒng)的運(yùn)行和特性研究中 ，都需要對(duì)溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于一個(gè)城市的集中供暖網(wǎng)的系統(tǒng)，它的覆蓋面廣，系統(tǒng)大。 (2) 管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)需要分時(shí)記錄。一般要求在管網(wǎng)運(yùn)行的期間，按一定的順序檢測(cè)和記錄運(yùn)行參數(shù)。但它也存在如同供河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 概述 4 暖效果檢驗(yàn)的一些困難。 綜上所述，由于溫度的測(cè)量存在上述的問題，就需要由一種方便使用的測(cè)量?jī)x表，能進(jìn)行 實(shí) 時(shí)的檢測(cè)，能進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄，長(zhǎng)期自動(dòng)運(yùn)行不需要人為的干預(yù)。 本溫度數(shù)據(jù)采集器在設(shè)計(jì)時(shí)，為了滿足實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求，采用 4 路傳感器輪流檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)溫度巡檢的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。 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。 (2) 在測(cè)量范圍內(nèi)可以正常顯示。 (4) 有較高的分辨率，極好的可維護(hù)性。本系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)專用的單片機(jī)系統(tǒng)。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。 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思路。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面 ： (1) 應(yīng)保證前向的溫度傳感電路的精確度、靈敏度、電路結(jié)構(gòu)的合理性 。 (3) 系統(tǒng)的可靠性和技術(shù)的可實(shí)行性。 溫度采樣和測(cè)試部分 第一種方案：使用在溫度測(cè)控領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用的二端式半導(dǎo)體集成溫度傳感 測(cè) 試 對(duì) 象 濾 波 放 大 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 單 片 機(jī) 顯 示 控制 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 6 器 AD590、 LM35 等，將采集到的電流信號(hào)經(jīng)多路 A/D 轉(zhuǎn)換器送入單片機(jī)，由單片機(jī)控制數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換。由于 AD590 是一種電流型的溫度傳感器，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力，適用于計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量和控制，遠(yuǎn)距離信號(hào)傳遞時(shí)，可以采用一般的雙絞線來完成；其電阻較大，因此不需要精密電源對(duì)其供電，長(zhǎng)導(dǎo)線 上的壓降一般不影響測(cè)量精度；不需要溫度補(bǔ)償和專門的線性電路。隨著傳感器技術(shù)的反展，已經(jīng)出現(xiàn)可先進(jìn)的數(shù)字式溫度傳感器。硬件電路非常簡(jiǎn)潔，有較好的線性關(guān)系和較強(qiáng)的抗干擾能力。但是測(cè)溫范圍較小，一般在－ 50～＋ 150℃ 之間。這種方案是單片機(jī)處理非電量信號(hào)的典型方法，它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫范圍廣，選用合適的測(cè)溫元件可以檢測(cè)－ 300℃ ～ 3000℃ 的溫度 。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。 LED 的發(fā)光頻率和顏色取決于制造的材料，一般常用紅色，偶爾也用黃色或綠色。它的優(yōu)點(diǎn)是耗電省，配置靈活，接口方便，價(jià)格低，壽命長(zhǎng)，對(duì)電流電壓的要求不高及容易實(shí)現(xiàn)多路等，因而在智能化測(cè)量控制儀表中獲得了廣泛的應(yīng)用。它的體積小，重量輕，功耗極低，因此在儀器儀表中的應(yīng)用十分廣泛。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 7 本設(shè)計(jì)至少需要顯示 7 位，需要 4個(gè)單片機(jī)口， 采用動(dòng)態(tài)顯示需要占用大量的單片機(jī)機(jī)時(shí)，可能導(dǎo)致其它信息的丟失和顯示閃爍等問題。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用液晶顯示，并采用顯示芯片 LCD1602 顯示芯片。 編碼式鍵盤除了按鍵之外，還包括了產(chǎn)生鍵碼的硬件電路、去抖動(dòng)電路和多鍵、竄鍵保護(hù)電路。這種鍵盤使用方便，接口程序簡(jiǎn)單，但是需要較多的硬件電路，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)較少使用。由于它經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛采用。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵 根據(jù)以上所述的總體設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)中需解決的技術(shù)關(guān)鍵性問題是： (1) 這種巡檢儀的檢測(cè)點(diǎn)有多個(gè)，所以在傳感器的選擇和使用上，要求盡量的消除誤差，并盡量使使用方便。特別是系統(tǒng)中傳感器采集的數(shù)據(jù)的放大和濾波處理就顯得尤為重要。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 8 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 根據(jù)上一章所選的總體方案確定的思路，下面將進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)。其中溫度信號(hào)的數(shù)據(jù)采集單元部分包括溫度傳感器、溫度信號(hào)的獲取電路 (采樣 )、放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路。 圖 系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖 測(cè)溫的 模擬電路是把當(dāng)前 PT100 熱電阻傳感器的電阻值，轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量的電壓值，經(jīng)過放大器放大信號(hào)后送給 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后傳給單片機(jī) STC89C52，單片機(jī)再根據(jù)公式換算把測(cè)量得的溫度傳感器的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，并將數(shù)據(jù)送出到 LCD 顯示器進(jìn)行顯示。 溫度巡檢儀的 主要 硬件 溫度傳感器 PT100 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器 ， 由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等 ， 被廣泛用于中溫(200℃ ～ 650℃ )范圍的溫度測(cè)量中。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。 PT 100 是鉑熱電阻，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。它的工 作 原理：當(dāng) PT100 在 0 攝氏度的時(shí)候他的阻值為 100 歐姆，它的的阻值會(huì)隨著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的。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)，而河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 10 且采用這種方法的 ADC 芯片 成 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。 1) 主要技術(shù)指標(biāo)和特性 (1) 分辨率： 8 位。1/2LSB， ADC 0809 為 177。 (3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間：取決于芯片時(shí)鐘頻率，如 CLK=500kHz 時(shí)， TCONV=128μs。 (5) 模擬輸入電壓范圍： 單極性 0～ 5V；雙極性 177。10V(需外加一定電路 )。 (7) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制為脈沖式 (正脈沖 )，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使 A/D 轉(zhuǎn)換開始。 2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳 ADC0808/0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳分別如圖 和圖 所示。 (2) D7～ D0——A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。 (3) ADDA、 ADDB、 ADDC——模擬通道選擇地址信號(hào)， ADDA 為低位， ADDC為高位。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 11 (4) VR(+)、 VR()——正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi) DAC 電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。 表 地址信號(hào)與選中 通道的關(guān)系 圖 ADC0808/0809 外部引腳圖 (5) ALE——地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。在使用時(shí)，該信號(hào)常和 START 信號(hào)連在一起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿開始 A/D 轉(zhuǎn)換。 (7) EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。該信號(hào)可作為被 CPU 查詢的狀態(tài)信號(hào)，也可作為對(duì) CPU 的中斷請(qǐng)求信號(hào)。 (8) OE——輸出允許信號(hào)，高電平有效。在中斷工作方式下，該信號(hào)往往是 CPU 發(fā)出的中斷請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)通道選擇地址有效時(shí)， ALE 信號(hào)一出現(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時(shí)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)緊隨 ALE 之后 (或與 ALE 同時(shí) )出現(xiàn)。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降?EOC 信號(hào)后，便立即送出OE 信號(hào)，打開三態(tài)門，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。這樣可以用一條寫指令既選擇模擬通道又啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 如用 EOC 信號(hào)去產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，要特別注意 EOC 的變低相對(duì)于啟動(dòng)信號(hào)有2μs+8 個(gè)時(shí)鐘周期的延遲，要設(shè)法使它不致產(chǎn)生虛假的中斷請(qǐng)求。 STC89C52 STC89C52 采用 40 引腳的雙列直插式封裝 (DIP)形式，內(nèi)部由 CPU， 8KB 的ROM， 512B 的 RAM， 3 個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器