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1、第 1 页摘要本文自主开发了一个专门针对环境温度或工业生产温度以及水质的 ph 的数据采集，实时检测和数据显示为一体的仪表系统。通过该系统对温度和水质 ph的检测，一方面可以实时观测工业生产中的温度和 ph 值的变化情况；另一方面也可以引导工业制造设备，水质管理设备的优化设计和提高，该系统由硬件、信号检测电路、和软件程序组成。该系统是以单片机以及汇编程序为基础，硬件选用液晶显示模块、单片机89C51、ADC0809、RS-232 芯片、MC1403、INA116 等和与之配套的接口电路。本系统功能强大，通过热电偶和 ph 计两个元件，对工程上的温度和 ph 的测量通过放大器的放大后，用单片机进
2、行分析并用液晶显示出来。本文利用此系统，以温度、和 ph 为研究对象，通过硬件将其转换为模拟量作为信号源，完成了数据采集、实时监测和数据回放显示储存。本文根据系统得出的数据结果，对工程中的温度和 ph 进行分析和评价，更好地了解和改善工程中的弊端，同时也证明了本系统是能够为分析与评价工程生产质量提供真实有效的依据，能够为温度和 ph 的在线实时监测提供现成工具，能够为今后的温度和 ph 的改善在实施评价与预估提供参考，同时还对工业生产和水质监测有着重要意义。关键字：数据采集、测温、测 ph、液晶显示。第 2 页AbstractThis paper developed a special ind
3、ustrial production for the ambient temperature or temperature and ph of water quality data acquisition, real-time detection and data as one of the instrumentation system. Through the system temperature and ph testing water quality, while industrial production in real-time observation of temperature
4、and ph value of the change; the other hand, can lead industrial manufacturing equipment, water quality management to improve equipment design and optimization of the system by the hardware, signal detection circuit, and software components. The system is based on SCM and assembler, hardware selectio
5、n of LCD module, microcontroller 89C51, ADC0809, RS-232 chip, MC1403, INA116, etc. and its accompanying interface circuit. This system is powerful, ph meter through the thermocouple and two components of the projects on the measurement of temperature and ph amplified through the amplifier, with sing
6、le chip analysis and liquid crystal display. By using this system to temperature, and ph for the study, by the hardware to convert the analog signal source as a complete data acquisition, real-time monitoring and data playback displays storage. This data results obtained according to the system of t
7、emperature and ph engineering analysis and evaluation, to better understand and improve the drawbacks of the project, but also proved that the system is able to produce quality analysis and evaluation of projects to provide real and effective basis, to the temperature and ph of the online real-time
8、monitoring to provide ready-made tools to temperature and ph for future improvements in the implementation of reference for evaluation and prediction, but also on industrial production and water quality monitoring is of great significance.Keywords: data acquisition, temperature measurement, test ph,
9、 第 3 页liquid crystal display.1绪论1.1概述单片微型计算机简称单片机，他是在一片芯片上集成了中央处理部件，存储器、定时器/计数器和各种输入输出设备等接口部件。单片机是微机发展的一个重要分支，自问世以来，性能不断的改善和提高，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗小、使用方便、性能可靠、价格便宜等优点，故在工业控制，数据采集和处理、通讯系统等领域应用日益广泛。adc0809 芯片，其转换速度快，价钱昂贵，能够直接将直流电压转换为计较机能够处置的数字量。在工业生产中温度和 ph 都是常用且比较重要的被控参数，一旦出现问题也需要及时的解决，采用单片机对这两
10、项参数进行及时的测量和反馈，不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，还可以大幅度提高被测值的精度和技术指标，从而大大提高产品的质量和数量。1.2课题分析单片机测量系统由微机和工业生产对象两大部分组成，其中又包括硬件电路和软件程序，整个控制系统是通过接口将计算机和生产过程联系起来实现计算机对生产过程中的数据进行显示、处理和控制。本文介绍了 MCS-51 单片机对温度和 ph 测量系统硬件接口和软件设计的基本思想。包括单片机系统的扩展即程序存储器和数据存储器的扩展，输入/输出接口扩展和温度及 ph 测量电路的接口。1.3设计思路根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。整个测量系统分
11、为硬件电路和软件程序两部分。2系统的基本组成及基本工作原理第 4 页2.1 系统的基本组成在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和水的 ph 值都是常用的主要测量参数。其中温度和 ph 的测量尤为重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对加热炉，热处理炉，反应炉中的温度，个中排水中的 ph 进行检测。采用单片机对其进行测量不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，还可以大幅度提高被测值的精度和技术指标，从而大大提高产品的质量和数量。本系统是有单片机 89C51、RS232 外围接口芯片、以及 ADC0809 模数转换器、温度检测元件、ph 检测元件等组成。2.2系统的基本工作原理测量系
12、统工作如下：材料或环境温度、排水的 ph 值由热敏电阻和 ph 计进形测量，信号放大通过放大器毫伏信号放大后由 A/D 转换形成相应的数字量，再通过光电耦合器，进入主机电路，由主机进行信号处理，由液晶显示器显示出来。进行系统设计时，应考虑如下问题：具有掉电保护功能输入输出通道和主机都用光电耦合器进行隔离，是仪表具有较强的抗干扰能力采用液晶显示控制精度，涉及 A/D 转换精度的选择。3 测温电路的选择及设计3.1 热电偶串联测温电路热电偶常用于测量一点的温度，或者两点之间的温度差。当测量一点的温度时，热电偶与仪表通过补偿导线连接；测量两点之间温度差时采用两只热电偶和检测仪表配合使用；测量多点温度
13、的平均温度时常采用并联线路或者串联线路，本文中的设计采用的是串联线路，将 N 支相同型号的热电偶按图 1-1 所示连接，这样串联线路的总热电势较大，等于 N 支热电偶电势之和，为了减小误差，提高检测精度，本设计还在串联线路中接入补偿电桥测量线路（图见 1-4） ，串联线路的主要优点是热电动势较大，仪表灵敏度大为增加。第 5 页图 1-13.1.1热电偶热电偶是将温度量转换成电热大小的热电传感器，他被广泛用来测量1001300 范围内的温度，它具有结构简单，使用方便，精度高，热惯性小，可测局部温度，集中检测，自动记录等特点。图 1-2（热电效应）如图 1-2，热电偶是工业上最常用的温度检测元件之
14、一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：第 6 页测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬） ，最高可达+2800（如钨-铼） 。构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。3.1.2热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体 A 和 B 焊接起来，构成一个闭合回路，如图 1-2 所示。当导体
15、A 和 B 的两个执着点 1 和 2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。3.2热敏电阻利用感温电阻，把测量温度转化成测量电阻的电阻式测温系统，常用于测量-200+500范围内的温度，大多数金属导体的电阻，都具有随温度变化的特性。热电阻的电阻温度系数为 1/。对于绝大多数的金属导体，温度系数并不是一个常数，而是温度的函数，不同的金属导体，温度系数保持常数所对应的温度范围不同，选作感温元件的材料应满足如下要求：材料的电阻温度系数温度系数越大，热阻的系数大，最敏度越高，纯金属的 a 比合金的高，所以一般采用纯金
16、属作热敏电阻元件。在测温范围内，温度系数保持常数，便于实现温度表的线性刻度特性。具有比较大的电阻率，有利于减少热电阻的体积，减少热惯性。特性复现性好，容易复制。3.2.1关于铂电阻的特性铂的物理化学性能非常稳定，是目前制造热电阻的比较好的材料，第 7 页有很好的稳定性和测量精度。铂的使用温度范围-200+6000100的电阻温度系数平均值（/）为 3.923.98，电阻率为（）0.098100.106在 0时，铂的电阻值=1003.2.2热敏电阻测温电路图 1-3 热电阻测温电路图 1-3 为热电阻测温度中的一种电桥电路，图中 R1、R2、R3 和 Rt（或者Rq、RM）组成电桥的四个桥臂，其中 Rt 是热电阻，Rq、RM 分别是调零和调满刻度的调整电阻（电位器） 。测量时先将切换开关 S 扳到 3 位置，调节 RM 时仪表指示到满刻度，做这中调整之后再将 S 扳到 2 位置，则可进行正常测量。由于热敏电阻本身阻值较小，而热电阻安装处（测温点）距仪表有一定距离，其连接到线
