【正文】 ..........................................................43河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 前言前 言在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度檢測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)約能源等重大技術經(jīng)濟指標相聯(lián)系。溫度檢測類儀表作為溫度計量工具，也因此得到廣泛應用。智能溫度巡檢儀首先要進行數(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 進行處理。本設計應用性比較強，設計系統(tǒng)可以作為溫度測量顯示系統(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。設計后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活移植性強等優(yōu)點。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細介紹。河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 概述1 概述 溫度檢測儀表的現(xiàn)狀溫度是一個很重要的物理參數(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)約能源等重大技術經(jīng)濟指標相聯(lián)系，因此在國民經(jīng)濟的各個領域中都受到普遍重視。隨著科學技術的發(fā)展，這類儀表的發(fā)展也日新月異。傳統(tǒng)的機械式檢測儀表在工礦企業(yè)之中已經(jīng)有上百年的歷史了。由于測溫原理的不同，不同的儀表在記錄、遠傳等方面的性能差別很大。近年來由于微電子學的進步以及計算機應用的日益廣泛，智能化測量控制儀表已經(jīng)取得了極大的進步。以單片機為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，可以輕易的將計算機技術與測量技術結(jié)合在一起。目前在研制高精度、高性能、多功能的測量控制儀表時，幾乎沒有不考慮采用單片機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，同時還能簡化儀表電路，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，每一個模塊完成一種特定的功能，例如實現(xiàn)算法、接受并分析鍵盤輸入命令等。這就為設計者擴展或改變儀表集體功能提河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 概述供了方便?，F(xiàn)在傳感器也正在受著微電子技術的影響，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，以構成超小型、廉價的測量儀器的主體。國內(nèi)的開發(fā)規(guī)模也相對較小，開發(fā)費用相對較高，與國際相比還存在很大的差距。測量的目的就是盡可能準確的及時收集被測對象的狀態(tài)信息，以便對生產(chǎn)過程進行正確的控制。歷史事實也已證明：科學的進步，生產(chǎn)的發(fā)展和進步是相互依賴、相互促進的。科學和技術的發(fā)展是與測量水平并行進步，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；建筑熱工特性的測量；新型建筑材料的特性檢驗；建筑節(jié)能的研究；空暖熱網(wǎng)，通風、空調(diào)系統(tǒng)、燃氣配管網(wǎng)、給排水網(wǎng)等系統(tǒng)的運行和特性研究中，都需要對溫度、壓力等參數(shù)進行測量。對于一個城市的集中供暖網(wǎng)的系統(tǒng)，它的覆蓋面廣，系統(tǒng)大。(2) 管網(wǎng)運行參數(shù)需要分時記錄。一般要求在管網(wǎng)運行的期間，按一定的順序檢測和記錄運行參數(shù)。但它也存在如同供河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 概述暖效果檢驗的一些困難。綜上所述，由于溫度的測量存在上述的問題，就需要由一種方便使用的測量儀表，能進行實時的檢測，能進行數(shù)據(jù)的記錄，長期自動運行不需要人為的干預。本溫度數(shù)據(jù)采集器在設計時，為了滿足實時檢測的要求，采用 4 路傳感器輪流檢測，從而實現(xiàn)溫度巡檢的實時數(shù)據(jù)采集。 本文的主要研究內(nèi)容本課題的主要任務是研制一種智能的溫度數(shù)據(jù)采集器，由 4 路傳感器實現(xiàn)不同地點的溫度數(shù)據(jù)的采集，并通過一定的處理之后進入單片機進行數(shù)據(jù)溫度的采集儲存和顯示。(2) 在測量范圍內(nèi)可以正常顯示。(4) 有較高的分辨率，極好的可維護性。本系統(tǒng)實際上是一個專用的單片機系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中 CPU 在溫度采集和處理時，主要是對溫度值進行巡回檢測、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和整理。 方案論證與選擇設計方案的不同將直接決定儀表硬件的繁簡程度，從而確定軟件的不同編寫思路。在設計時應考慮以下幾個方面：(1) 應保證前向的溫度傳感電路的精確度、靈敏度、電路結(jié)構的合理性。(3) 系統(tǒng)的可靠性和技術的可實行性。 溫度采樣和測試部分測 試對 象濾波放大模數(shù)轉(zhuǎn)換單片機顯示控制河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的總體設計第一種方案：使用在溫度測控領域有廣泛應用的二端式半導體集成溫度傳感器 AD590、LM35 等，將采集到的電流信號經(jīng)多路 A/D 轉(zhuǎn)換器送入單片機，由單片機控制數(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，因此具有較強的抗干擾能力，適用于計算機進行遠距離溫度測量和控制，遠距離信號傳遞時，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其供電，長導線上的壓降一般不影響測量精度；不需要溫度補償和專門的線性電路。隨著傳感器技術的反展，已經(jīng)出現(xiàn)可先進的數(shù)字式溫度傳感器。硬件電路非常簡潔，有較好的線性關系和較強的抗干擾能力。但是測溫范圍較小，一般在－50～＋150℃之間。這種方案是單片機處理非電量信號的典型方法，它的優(yōu)點是測溫范圍廣，選用合適的測溫元件可以檢測－300℃ ～3000℃ 的溫度。所以前面兩種方案由于測溫范圍的限制，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，在實現(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)點是耗電省，配置靈活，接口方便，價格低，壽命長，對電流電壓的要求不高及容易實現(xiàn)多路等，因而在智能化測量控制儀表中獲得了廣泛的應用。它的體積小，重量輕，功耗極低，因此在儀器儀表中的應用十分廣泛。河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的總體設計本設計至少需要顯示 7 位，需要 4 個單片機口，采用動態(tài)顯示需要占用大量的單片機機時，可能導致其它信息的丟失和顯示閃爍等問題。本系統(tǒng)的設計采用液晶顯示，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、去抖動電路和多鍵、竄鍵保護電路。這種鍵盤使用方便，接口程序簡單，但是需要較多的硬件電路，價格較貴，一般的單片機應用系統(tǒng)較少使用。由于它經(jīng)濟實用，在單片機應用系統(tǒng)中廣泛采用。 系統(tǒng)設計的技術關鍵根據(jù)以上所述的總體設計思想，設計中需解決的技術關鍵性問題是：(1) 這種巡檢儀的檢測點有多個，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。河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的硬件設計3 系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)的整體結(jié)構根據(jù)上一章所選的總體方案確定的思路，下面將進行系統(tǒng)硬件電路的設計。其中溫度信號的數(shù)據(jù)采集單元部分包括溫度傳感器、溫度信號的獲取電路(采樣)、放大電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路。信號放大調(diào)理電路PT100 溫度傳感器A/D 轉(zhuǎn)換電路鍵盤及報警STC89C52單片機LCD 數(shù)碼管顯示電路圖 系統(tǒng)的總結(jié)構框圖測溫的模擬電路是把當前 PT100 熱電阻傳感器的電阻值，轉(zhuǎn)換為容易測量的電壓值，經(jīng)過放大器放大信號后送給 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號后傳給單片機 STC89C52，單片機再根據(jù)公式換算把測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)關系而制成的溫度傳感器，由于其測量準確度高、測量范圍大、復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫(200℃～ 650℃)范圍的溫度測量中。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關系，所以需要進行非線性校正。PT 100 是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。它的工作原理：當 PT100 在 0 攝氏度的時候他的阻值為 100 歐姆，它的的阻值會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，而且采用這種方法的 ADC 芯片成本較低，因此在計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用。1) 主要技術指標和特性(1) 分辨率： 8 位。1/2LSB ，ADC 0809 為177。(3) 轉(zhuǎn)換時間：取決于芯片時鐘頻率，如 CLK=500kHz 時，T CONV=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)構和外部引腳ADC0808/0809 的內(nèi)部結(jié)構和外部引腳分別如圖 和圖 所示。(2) D7～D 0——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、ADD B、ADD C——模擬通道選擇地址信號，ADD A 為低位，河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的硬件設計ADDC 為高位。(4) VR(+)、V R()——正、負參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi) DAC 電阻網(wǎng)絡的基準電壓。 表 地址信號與選中通道的關系圖 ADC0808/0809 外部引腳圖 (5) ALE——地址鎖存允許信號，高電平有效。在使用時，該信號常和 START信號連在一起，以便同時鎖存通道地址和啟動 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，高電平有效。該信號可作為被 CPU 查詢的狀態(tài)信號，也可作為對CPU 的中斷請求信號。(8) OE——輸出允許信號，高電平有效。在中斷工作方式下，該信號往往是 CPU 發(fā)出的中斷請求響應信號。當通道選擇地址有效時，ALE 信號一出現(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時轉(zhuǎn)換啟動信號緊隨 ALE 之后(或與 ALE 同時)出現(xiàn)。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降?EOC 信號后，便立即送出 OE 信號，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轉(zhuǎn)換。如用 EOC 信號去產(chǎn)生中斷請求，要特別注意 EOC 的變低相對于啟動信號有2μs+8個時鐘周期的延遲，要設法使它不致產(chǎn)生虛假的中斷請求。 STC89C52STC89C52 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 16 位的定時/計數(shù)器 T0、2，4 個 8 位的 I/O 端口和一個全雙工串行通信口等部分組成。特別是內(nèi)部集成了 8KB 的 FLASH 程序存儲器，使單片機系統(tǒng)的結(jié)構更加簡單，也使其得到了廣泛的應用。 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。具有以下標準功能：8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，三個 16 位定時器/ 計數(shù)器，一個 6 向量2 級中斷結(jié)構，全雙工串行口?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運作頻率35MHz。所以本課題主要基于 STC89C52 單片機，設計一個多路傳感器數(shù)據(jù)的測量與顯示儀表。圖 STC89C52RC 引腳圖STC89C52RC 引腳功能說明：VCC(40 引腳)：電源電壓VSS(20 引腳 )：接地P0 端口(～ ，39～32 引腳)：P0 口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的硬件設計位數(shù)據(jù)的復用總線。在 Flash ROM 編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。P1 端口(～ ，1～8 引腳)：P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 口。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。此外， 和 還可以作為定時器 /計數(shù)器 2 的外部技術輸入() 和定時器/計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入()，在對 Flash ROM 編程和程序校驗時，P1 接收低 8 位地址 ,具體參見表 。 P2 的輸出緩沖器可以驅(qū)動(吸收或輸出電流方式 )4 個 TTL 輸入。P2 作為輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行“MOVX R1”指令)時， P2 口引腳上的內(nèi)容(就是專用寄存器(SFR)區(qū)中的 P2 寄存器的內(nèi)容)，在整個訪問期間不會改變。P3 端口(～ ，10～17 引腳)：P3 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 端口。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。在對 Flash ROM 編程或程序校驗時，P3 還接收一些控制信號。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機單片機的復位初始化操作。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。(30 引腳)：地址鎖存控制信號 (ALE)是訪問外部程序存儲器時，PROGALE/鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。如果需要，通過將地址位 8EH 的 SF