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1、题 目：基于单片机的热电偶温度巡检仪 基于单片机的热电偶温度巡检仪 摘要 在很多工业场合都会遇到温度的多路巡回检测、报警和控制的问题，目前的温度检测仪器普遍智能化程度不高、没有通信功能，并且要求输入规定的信号。 针对目前温度检测仪表的现状，本文设计了一种以AT89S52单片机为核心的智能温度巡检仪，具有自动校准、串行通信、传感器非线性校正等功能，提高了仪器的智能程度。系统采用K型热电偶测量技术和模拟开关芯片，实现了多点温度巡回采集处理的功能, 应用于各种温度测量场合。系统主要由四大部分组成：1.温度数据采集部分，主要以恒流源获取镍镉-镍硅热电偶的温度信号；2.I/O功能扩展部分，负责键盘控制、
2、液晶显示、语音报警及控制等功能；3.串口通信部分，通过串口与上位机进行数据通信；4.以PC机为核心的上位机部分，上位机采用高级语言设计友好的可视化人机界面，将其所接收的信号转换曲线或表格，清晰明了地显示出巡检对象的温度状况。 本系统分利用了单片机的数据处理及实时检测能力，以K型热电偶作温度传感器，精度高、量程宽、稳定性好、性能可靠，并可按照用户设置的报警温度和危险温度作出语音报警和智能防护措施，改进了工作人员的工作方式，提高了工作效率和管理水平。.关键词：智能仪器 ；温度巡检仪 ；单片机 ；热电偶The Thermocouple of temperature-cruising test bas
3、ed on single-chip designAbstract There is much need of multiway temperature measurement, alarm and control in certain industry situations. General temperature measure instrument is not intelligent enough. It has no function of communication, and requires stated signal. Aiming at the current problem,
4、 this paper mainly introduces the design of a multiway intelligent temperature measure instrument based on AT89C52 microprocessor. The system has the function of auto adjust, serial communication, and sensor nonlinearity self-correction. It adopts three-wire measuring technique of thermistor and ana
5、log switches to realize multiway temperature measurement. It mainly comprises four parts: 1.Temperature data acquisition unit, which adopts a constant current source to get the temperature data 2.Function expand unit, which includes MCU, keyboard, voice alarm module and LCD screen; 3.Communication p
6、art, which takes charge of communicating with Upper machine; 4.Upper machine part, which adopts Visual Basic to design a friendly man-machine interface, and clearly displays the state of the measured object as curves and tables. which has merits of accurate measure, wide range, good stability, and r
7、eliable performance. It can give the alarm and self-protect while achieving the alarm temperature and the dangerous temperature user set, and improves the mode of operator working, efficiency and the management level.Keywords: intelligent instrument; temperature-cruising test;MCS51; Thermocouple目 录第
8、一章 引言11.1 温度测量简述11.2 系统工艺11.3 设计的总体目标21.4 温度巡检仪的技术现状3第二章 系统总体方案设计42.1 技术原理42.2 温度信号处理5第三章 硬件设计63.1 热电偶的测温63.1.1 传感器分类63.1.2 热电偶传感器63.1.3 热电偶的工作原理73.1.4 热电偶测量温度的方法83.1.5 测量信号的放大和冷端补偿93.2 MAX6675芯片103.2.1 性能特点103.2.2 工作原理113.2.3 与单片机的通讯123.2.4 热补偿与噪声补偿133.2.5 应用中的注意问题143.3 多通道的巡回切换153.4 A/D转换器ADC08321
9、73.5 单片机的功能183.6 LED显示驱动设计193.6.1 数码管驱动203.6.2 数码管参数及应用203.7 与上位机的连接串口通信22第四章 软件设计254.1 软件设计流程254.2 数字信号处理264.3 LED显示程序的实现284.3.1 显示部分流程图28第五章 误差分析和软件调试305.1 干扰源的种类305.2 抗干扰措施305.3 系统调试方法32第六章 总结33参考文献34附录一 设计硬件电路36附录二 系统软件设计37致谢49第一章 引言1.1 温度测量简述 温度对于工业生产的影响是很大的，因为在工业生产中，对温度的要求是很严格的。特别是一些先进的工业生产, 在
10、这些生产中温度的重要性有如水要正常情况下要结冰最少也要0度一样，不达到这个条件就不能出现冰。可见温度对工业生产是多么重要的。当然,也不一定所有的都是对温度要求这么严格的。 随着科技的发展，温度计测温已经不能适应生产和生活的需要，于是便出现了能够对多点温度进行巡回定点检测并显示的温度巡检仪。温度控制将更好的服务于社会目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。社会的发展对于温度控制也就相应的不断提高，而我设计的基于AT89C52的智能温
11、度测量系统设计就是为了达到这样的温度控制要求而进行设计的。我所采用的控制芯片为AT89C52，此芯片功能强大，能够满足设计要求。温度巡检仪由温度传感器、巡回切换装置和显示记录仪表构成。 其测温原理是：多个传感器的输出电参数随温度的变化而变化，输出并变换成统一规格的电信号，由多路自动开关逐路选通，以采样、量化、编码和必要的辅助运算方法将模拟量转化成数字量。再经数字电路或微处理器及外围电路处理后输出驱动显示和记录机构，周期性的采集被测信号。1.2 系统工艺AT89C52 单片机为核心构成的智能仪器系统，该温度巡检仪可对8点温度进行巡回检测和显示又可对某点进行定点检测和显示，在检测的同时可以进行声光
12、报警，带有串行通讯接口的温度巡检仪。整个系统是由温度传感器电路，电压放大电路，多路检测通道选择电路，A/D 转换电路，抗干扰电路，最小系统电路，键盘显示电路，声光报警电路组成。为了使仪表小巧灵活、成本低、抗干扰能力强,能针对性的解决从简单到复杂的各类控制任务,并获得最佳的性能价格比。选用AT89C52单片机作为CPU内一片集成块内含有一个8位微处理器、128个字节RAM、 4个8位并行口，一个全双工串行口， 2个16位定时器/计数器，以及时钟振荡电路。在众多的微机芯片中，最适用于智能仪表，为使仪表具有显示、报警指示、键盘设定、打印等多种功能。C51单片微机现有I/O是足够的,而且有RAM进行数
13、据存储，所以选不用8155作为I/O口扩展。 MCS-51应用系统是最适用的外围器件，选用ADC0832A/D转换器，相当于二进制11位A/D转换器,它具有自动调零、输入阻抗高、外接元件少、抗干扰能力强、精度高等优点；特别适用于工业仪表A/D转换。进行多点巡检时,必须多点切换,如果用传统的电桥转换方式进行多点切换是不能实现的。因为k型热电偶变化范围也只有几伏特，故必须消除模拟开关内阻影响，采用恒流源进行“电压-电阻”变换，用多阻抗放大器进行小信号放大。1.3 设计的总体目标 主控制模块是系统的核心，主要负责选择数据采集通道、信号调整、对输入数据进行分析处理、实时监控系统温度对各种异常进行报警，
14、电源监视、对热电偶进行冷端补偿、向显示模块发送显示数据。 I/O模块在主控制模块的控制下将检测信号经输入通道选择开关送给主控制模块的信号调理转换器和温度异常是输出报警信号。 本设计中，我们采用K型热电偶传感器来构架温度采集系统，采集到的温度信号经过传感器的处理转换成电信号，但我们得到的还是比较微弱的模拟信号，要对信号进放大，然后将此模拟信号转换成单片机所能接受、处理的数字信号，通过译码环节最终用七段LED显示器显示出来。1.4 温度巡检仪的技术现状随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时还有温度信
15、息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种能够同时测量多点,并且实时性高、精度高、能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。 课题以AT89C52单片机系统为核心，能对多点的温度进行实时巡检。各检测单元（从机）能独立完成各自功能，同时能够根据主控机的指令对温度进行定时采集，测量结果不仅能在本地显示，而且可以利用单片机串行口，通过总线及通信协议将采集的本数据传送到主控机，进行进一步的存档、处理。主控机负责控制指令的发送，控制各个从机进行温度采集，收集测量数据，并对测量结果（包括历史数据）进行整理、显示和存储。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调，从而达到系统整体统一、和谐的效果。第二章 系统总体方案设计2.1 技术原理 多路温度转换系统组成由信号变送单元和和接收单元组成，热电偶的毫伏信号(或其它类型温度信号)进入变送单元后转换为数字信号，变送单元的数字信号通经过安全栅进入到接收单元，现场变送单元与安全栅构成本安回路，从而使得变送单元可以直接安装在危险区（0区、1区和2区）。多路温度转
