【正文】 8 位數(shù)字量輸出的 A／D 轉(zhuǎn)換器，可以和溫度傳感器和單片機(jī)相匹配；數(shù)據(jù)傳輸模塊是由單片機(jī)部分，存儲(chǔ)器部分 2 部分組成，其中單片機(jī)部分是硬件電路的核心，這部分是想用 C51 完成的，這里我選擇了的是型號(hào)為 89C51 的單片機(jī)和 5045 可編程看門(mén)狗監(jiān)控 E2PROM 共同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，該部分可以完成輸入通道的選擇、采集的數(shù)據(jù)的處理、報(bào)警的控制、傳輸?shù)脑O(shè)置，對(duì)波特率的控制，和對(duì) PC 機(jī)的控制，另外為了更好的對(duì)遠(yuǎn)程溫度進(jìn)行測(cè)量我還設(shè)計(jì)了報(bào)警顯示部分，其中針對(duì)所采信號(hào)超出溫度傳感器的報(bào)警上下限來(lái)設(shè)計(jì)的一個(gè)顯示模塊，電機(jī)控制器是通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)前端和后臺(tái)是依據(jù) RS485 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)串行通信的，通信的協(xié)議用的是昌暉公司內(nèi)部的協(xié)議。 實(shí)現(xiàn)方法基于 RS485 總線的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)首先完成的是硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)，硬件電路板的設(shè)計(jì)，制板和焊接，然后在完成軟件程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試。東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 總體硬件結(jié)構(gòu)組成P c 機(jī)R S 2 3 2 / 4 8 5 轉(zhuǎn)換器電機(jī)控制器 2溫度采集器 3電機(jī)控制器 4溫度采集器 1電機(jī)控制器 N… … … … … … … … … … .R s 4 8 5 網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)前端圖 31 RS485 網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)硬件方框圖 單機(jī)版測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)溫度采集器電機(jī)控制器P C 機(jī) R S 2 3 2 / 4 8 5 轉(zhuǎn)換器前端后臺(tái)圖 32 單機(jī)版測(cè)控系統(tǒng)硬件方框圖 前端系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 溫度采集器設(shè)計(jì)東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)溫度傳感器通道開(kāi)關(guān)A / D 轉(zhuǎn)換器單片機(jī)圖 33 溫度采集器模塊框圖 信號(hào)采集模塊圖 34 信號(hào)采集電路本設(shè)計(jì)所選用的溫度傳感器是 PT100。Pt100 溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量范圍：200℃～+850℃；允許偏差值△℃：A 級(jí)177。（＋│t│） ；熱響應(yīng)時(shí)間30s；最小置東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)入深度：熱電阻的最小置入深度≥200mm；允許通過(guò)的電流≤5mA。我們可以對(duì)照下表看。由于鉑電阻的阻值比較小，因此考慮到線阻是必要的，但是本次設(shè)計(jì)采用理想的狀態(tài)因此我們可以如下計(jì)算：比如我們計(jì)算在 20℃的時(shí)候：從表中看到 PT100 的阻值為 那么 U=*=為 ，是因?yàn)殡娏鲝?VCC 流出后會(huì)走 RTD1, 然后流到地上，形成一個(gè)回路，這過(guò)程中便可以采到三點(diǎn)的電壓值，由于限流的作用是為本實(shí)驗(yàn)的需要是只采電壓值。本設(shè)計(jì)所選用的通道開(kāi)關(guān)是 4051 芯片。從原理上講，開(kāi)關(guān)信號(hào)的輸入/輸出比較簡(jiǎn)單。如果要控制某個(gè)執(zhí)行器的工作狀態(tài)，只須輸出 0 和 1，即可接通發(fā)光二極管，繼電器或無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的通/斷，以實(shí)現(xiàn)諸如閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉，超限聲光報(bào)警或電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。單片機(jī)處理開(kāi)關(guān)量信號(hào)必須有信號(hào)輸入接口。由于這些電平信號(hào)功率有限，加上外界還存在各種干擾和影響，這些電平一般不能直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，因此在開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道中須采用各種緩沖，放大，隔離和驅(qū)動(dòng)電路等措施。因此4051芯片是通過(guò)地址線選擇通道，是多進(jìn)一出的一種芯片，由于PT100鉑電阻的阻值比較小，我們是必要考慮到線阻，這樣我們的可以模擬線阻通道進(jìn)行測(cè)量，因此就有了多路模擬量輸入，具體的說(shuō)，針對(duì)本設(shè)計(jì)是3路模擬量輸入，因此選擇了4051多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。放大器是信號(hào)處理的基本電路，其作用是將微弱信號(hào)增強(qiáng)（放大）到所需的數(shù)值。放大的含義有兩個(gè)，一方面是將微弱的電信號(hào)增強(qiáng)到人們所需的數(shù)值，另一方面是要求放大后的波形與放大前的波形相同或基本相同，即不失真的要求。放大器的主要性能指標(biāo)：增益是衡量放大器放大能力的參數(shù)，定義為輸出變化量的幅值與輸入變化量的幅值之比（稱(chēng)為放大倍數(shù)） 。Ri 越大，放大器從信號(hào)源吸取的電流越小，輸入端所得的電壓 Vi 越接近信號(hào)源電壓 Vs，所以輸入電阻是衡量放大器對(duì)信號(hào)源影響程度的參數(shù)。理想放大器的 Ri=無(wú)窮，Ro=0從信號(hào)的觀點(diǎn)講，運(yùn)算放大器有三個(gè)端子，即反相出入端 VN，同相輸入端 VP，和輸出端 VO，所謂反相輸入端就是反相輸入端輸入（同相輸入端接地） ，則輸出信號(hào)在相位上與輸入信號(hào)相位相反，那么同相輸入端就是同相輸入端輸入（反相輸入端接地） ，則輸出信號(hào)在相位上也輸入信號(hào)相位相同。一個(gè)理想運(yùn)算放大器的輸，利用它的理想?yún)?shù)可以導(dǎo)出下面兩條重要法則：1，在線形區(qū)內(nèi)，由于 V0 為有限值，而 AVO 趨于無(wú)窮，所以VID=VNVP=VO/AVO 約為 0（VN 約=VP）即理想運(yùn)放兩端間的電壓為零，常稱(chēng)為虛短。同相輸入端的放大比為 1+Rf/R，也就是 U0=UI（1+Rf/R）反相輸入端的放大比為Rf/R，也就是U0=UI（Rf/R）.如圖34所示，本設(shè)計(jì)中放大倍數(shù)=1+Rf/R=1+120K/10K=的作用，為的是進(jìn)放大器的是電壓值，并且選用同相放大器，第一是因?yàn)樽杩贡容^大電流不容易流失，可以順利的放大。東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)處理模塊圖36 溫度處理電路本設(shè)計(jì)選用的A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0809芯片用CPU處理模擬信號(hào)的前提就是將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,根據(jù)檢測(cè)精度 ：對(duì)于一臺(tái)具體的設(shè)備，其技術(shù)指標(biāo)中包含檢測(cè)精度指標(biāo)，通過(guò)這個(gè)指標(biāo)就可以換算出所需設(shè)備的A/D轉(zhuǎn)換最低指標(biāo)，只要選擇轉(zhuǎn)換精度比最低指標(biāo)高一些的A/D器件就可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)采樣頻率：被檢測(cè)信號(hào)有其頻率特性，為獲取該信號(hào)的真實(shí)數(shù)據(jù)，采樣頻率至少要超過(guò)信號(hào)上限頻率的2倍，由于工作原理和制造工藝的不同，A/D轉(zhuǎn)換器件的工作頻率也不同。它由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完?yáng)|華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 輸入和控制線：4條ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。當(dāng)ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。當(dāng)EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)由CLOCK端送入，其最高頻率為640MHz，在這個(gè)最高頻率下ADC0809的A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100uS左右。這時(shí)ADC0809的時(shí)鐘頻率為500KHz，A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間為130uS。，使ST 和OE信號(hào)全為低電平。 端給出一個(gè)至少有100ns 寬的正脈沖信號(hào)。，這時(shí)給OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。(2)查詢(xún)法EOC必須接到AT89C51的一條I／O線上。當(dāng)EOC=1時(shí)，A／D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片機(jī)讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機(jī)啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換后可以做其它工作，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC由O一1經(jīng)過(guò)非門(mén)傳到INT端，AT89C51收到中斷請(qǐng)求信號(hào)，若AT89C51開(kāi)著中斷，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機(jī)讀取A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。圖36中為典型的ADC0809與89C51的中斷方式接口。這樣可以和溫度傳感器相匹配，假設(shè)0809的基準(zhǔn)電壓為05V，則如果室內(nèi)溫度為20℃，則我們把放大倍數(shù)設(shè)為92倍，這樣可以把電壓放大到東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)，通過(guò)0809之后便可以得到數(shù)字量80H，那么依據(jù)這種方法我們?cè)O(shè)定了同相比例放大器的放大倍數(shù)，使得整個(gè)系統(tǒng)正常的運(yùn)行?？删幊炭撮T(mén)狗監(jiān)控 E2PROM5045 芯片介紹：圖 39 5045 結(jié)構(gòu)圖X5045 把三種常用的功能：看門(mén)狗定時(shí)器，電壓監(jiān)控和 E2PROM 組合在單個(gè)封裝之內(nèi)，這種組合降低了系統(tǒng)成本并減少了對(duì)電路板空間的要求。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，在可選的超時(shí)周期之后，X5045 看門(mén)狗將以 reset 信號(hào)作出響應(yīng)，用戶(hù)可從三個(gè)預(yù)置的值中選擇此周期一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不變。當(dāng) VCC 降低到最小 VCC 轉(zhuǎn)換點(diǎn)以下時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位。X5045 的存貯器部分是 CMOS 的 4096 位串行 E2PROM，它的內(nèi)部按 512*8 來(lái)組織。X4054 利用了Ｘicor 公司專(zhuān)有的 Direct Write 晶片，提供最少為 100000 次的使用期限和最小為 100 年的數(shù)據(jù)保存期。如圖 38 在這里我們選擇 5045 是因?yàn)?5045 具有自動(dòng)復(fù)位功能，而且 5045 的看門(mén)狗功能也是很好的. 并且也可以存放一些編程所需的臨時(shí)變量。時(shí)鐘電路一般有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。下面我們介紹一下內(nèi)部時(shí)鐘方式的工作原理。 2個(gè)時(shí)鐘引腳XTAL1,XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成1個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供時(shí)鐘控制信號(hào)。(1)XTAL1：接外部晶體的1個(gè)引腳，該引腳內(nèi)部是一個(gè)反相放大器的輸入端。如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳接地。若采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。然后再通過(guò)D觸發(fā)器4024分頻，這樣便可以得到A/D轉(zhuǎn)換器所需要的頻率， ?？梢圆捎脝纹瑱C(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在 PWM 占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。6 為達(dá)林頓管，如圖 310 當(dāng) Ug1 為高電平、Ug2 為低電平時(shí)，6 導(dǎo)通，5 截止，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。UgUg2 采用200Hz 的周期信號(hào)控制，通過(guò)對(duì)信號(hào)的占空比的調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)車(chē)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)圖 310 電動(dòng)機(jī)電路 后臺(tái)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)M A X4 8 5R S 2 3 2 /4 8 5 轉(zhuǎn)換器P C 機(jī)光電隔離R S 4 8 5 總線圖 311 后臺(tái)模塊框圖圖312 RS485總線電路 RS485網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。RS232C標(biāo)準(zhǔn)是20世紀(jì)60年代為了利用電話網(wǎng)絡(luò)作為媒介，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器把不同距離范圍內(nèi)的設(shè)備相互連接在一起而制定的。它的全名是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之