技术报告-炉温测控

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1、实验项目技术报告-电加热炉温度测控系统实验内容 电加热炉的周波控制器继电器控制； 热电阻测温原理，热电阻测量电桥的设计； 热电偶测温原理，冷端补偿； DS18B20单总线单片机数据传输； 仪表放大器的使用； AD转换器的使用； OD/A转换器的使用； 单片机串口通讯、定时器、带校验字节的数据传输； VC中使用仪表类进行角度和位移的显示以及定时器的使用； VC中滑块控件的使用； VC中MSCOMM串口通讯控件的使用； VC中数据的保存；实验结果实现上位机基于VC软件的操作界面，对电加热炉的当前温度进行测量和显示，对炉温 越限进行报警，通过电压调整控制炉温。实验所需元器件电加热炉（1个），PT10

2、0热电阻（1只），热电偶（E型，1只），LM324放大器（1只）, AD620仪表放大器（2只），AD0804转换器（1只），DA0832转换器（1只），串口套件1 套，周波控制器（1只），固态继电器（1只）1. 实验整体结构图图1炉温测控系统敕体结构图炉温测控系统的整体结构如图1所示，其中， 金属伯传感器（PT100）感受炉温的变化，电阻发生变化，经桥式电路转换为毫伏级差 动电压信号，毫伏电压经仪表放大器（AD620）转化为（05V）标准信号，送至ADC 模数转换器（AD0804）进行转换，单片机读取AD转换器输出数字信号，并通过串行 总线RS232发送给上位机进行数据处理，动态显示、处理及

3、保存； 单片机接收上位机发送的电压控制量（0255）,送至DA转换器进行数模转换，DA转 换器输出电流经放大器（LM324）放大至（05V）电压信号，控制周波控制器产生一 定频率的周波信号，利川固态继电器控制电加热炉的开关频率，从而实现对炉温的控制。 实验二中使用热电偶传感器将加热炉内温度与室温的温差转换为亳伏级电压，经仪表放 大器（AD620）放大至标准电压输出信号（05V）,送至AD模数转换器进行转换。同 时，利用DS18B20测温芯片测量室温，对热电偶冷端进行补偿。2. 硬件电路2.1 8位A/D模/数转换器ADC0804ADC0804连接电路如图2所示。其中，为片选信号，低电平有效，实

4、验中接地处理； 为数据转换完成标志位（悬空不用）；读数字输出控制，低电平有效，实验中写模拟量输入控制，上升沿有效，接单片机P2.1, AD读控制接单片机P2.2。输入模拟电压有VIN（+）和VIN（）输入。读写时序如图3、4所示。P1 口HARTACTUAL MlTfMAlSTATUS OF TM CORVIRTtROATA IS VAIIO MOUTWTCMSiWTR .(LAST DATA WAS MT MAO)图3. ADC0804写入模拟电压时序图2.2 8位D/A数模转换器DAC0832DAC0832连接电路如图5所示。u图5. DA0832管脚分布及连接电路图其中，西为片选信号，低

5、电平有效，实验中接地处理； 丽写信号1,低电平有效，实验中接单片机P2.3； ILE是允许锁存信号，高电平有效，接VCC；WR1 CS ILE三者逻辑与后的负跳边沿，将数据线上的信息锁入输入锁存器; 即利用WR1的高低电平的变化完成数据写入和锁存，如图6所示。V1H锁入锁存器WRVIL读数字量：图6. DA0832写数据时序图XFER传送控制信号，低电平有效，接地；WR2信号2,输入低电平有效，其有效时，传送控制信号萍岳将锁存在输入锁存器 的8位数据送DAC寄存器，接地处理；VREF:基准电压输入端，可在-10V-10V范围内调节，实验中只需要单极性电压输出， 故此脚接VCC；DI0-DI7：

6、数字量输入端，实验中DA数字量输入端接单片机PO U；Rfb： DAC0832芯片内部反馈电阻引脚，实验中悬空。I0UT1、I0UT2：电流输出引脚。电流I0UT1、I0UT2的和为常数，10UT1、I0UT2 随寄存器的内容线性变化，实验中IOUT2接地，IOUT1接LM324放大器反相端，连接电路 如图7所示。K/图7 DAC0832与LM324放大器连接图考虑到LM324放大器放大倍数及饱和电压的限制，实验中选择合适的电阻值，如 R、= R2 = R、= IRQ , Rf =, LM324 的供电电压 VC 接 7V 以上电压。2. 3温度传感器2.3.1 DS18B20采集环境的温度可

7、采用IC化的温度传感器。常用的此类温度传感器有AD590和 DS18B20。比较二者，AD590只能将采集来的温度转化为电流输出，在实际应用中，需要 先将AD590输出的电流转化为电压，再利用A/D转换元件进行模/数转换，将模拟量转化为 数字量，战麻送入单片机中，而DS18B20数字温度传感器能直接将被测温度转化成串行数 字信号，以供单片机处理。DS18B20温度传感器如图12所示，它是美国DALLS1 公司推出的一线数字式智能温 度传感器，测量温度范围为55125 C,通过简单的编程可实现912位的数字值读取方 式,分别在93. 75ms和750ms内将温度值转化为9位和12位的数量级，对应

8、的分辨率为0. 5 C、0. 25 C、0. 125 C、0. 0625 C, CPU 只需一根端口线就可以与 DS18B20 通信，每个 DS18B20都有一个全球唯一的64位的二进制ROM代码标志着器件的ID号，整个系统要 严格按照该器件单总线协议规定的时序进行T作，具体的内容是初始化器件、识别器件和进 行数据交换等。实验中我们使用DS18B20温度传感器检测环境温度，用于对热电偶的冷端补偿， DS18B20温度传感器温度检测精度0.0625C。基于DS18B20的温度测量装置%更件电路如图 8所示，DSI8B20温度传感器数据单总线连接至单片机P2.0脚，作为数据的读入和写出口。DAI.

9、I.ASl)SIXB2(JI 23Vcco4.7kP2.U图8基T DS18B20的温度测量装置硬件电路DS18B20的内部结构主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警 触发器TH和TL、配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第5个字节。DS18B20在T作时按此寄存器中的分 辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如表1所示。其中，TM为测试模式标志位, 出厂时被写入“0”，不能改变；RO、R1是温度计分辨率设置位，如表2所示。表1 DS18B20配置寄存器结构表BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0TMRIR011111表2配置寄存器与分

10、辨率关系表R0R1温度计分辨率/bit最大转换时间/ms00993.750110187.5010113751112750表3所示是12位分辨率的情况，如果配置为低分辨率，贝I其中无意义位为“0”。表3 DS 18B20温度值格式表低8位232221221T2232。高8位SSSSS2625242.3.2 DS18B20温度采集时序DS18B20具有独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅采用一条口线来实现微处 理器与DS18B20的双向通讯，这就需要一定的协议来对读写数据提出严格的时序要求，而 AT89C51单片机并不支持单线传输。因此，必须采用软件的方法来模拟单线的协议时序。 主机操作单线器

11、件DS18B20必须遵循下面的顺序。1. 初始化与DS18B20的所有通讯都是由一个单片机的复位脉冲和一个DS18B20的丿、/：答脉冲开始的。单片机先发一个复位脉冲，保持低电平时问最少480 ns,嚴多不能超过960US。然后, 单片机释放总线，等待DS18B20的应答脉冲。DS18B20在接受到复位脉冲麻等待1560 us才发出应答脉冲。应答脉冲能保持60240 P so单片机从发送完复位脉冲到再次控制总 线至少要等待480 P So表4 DSI8B20的ROM操作命令命令类型命令字节功能说明Raed Rom33H此命令读取激光ROM中的64位，只能用于总线上单个DS18B20器件的情况，

12、多挂则会发生数据冲突Match Rom（匹配ROM）55H此命令后跟64位ROM序列号，寻址多挂接总线上的 DS18B20。只有序列号完全匹配的DS18B20才能响应后面 的内存操作命令，其他不匹配的将等待复位脉冲。此命令可 用于单挂接或者多挂接总线。Skip Rom（跳过ROM）CCH此命令用于单挂接总线系统时，可以无需提供64位ROM 序列号皆可运行内存操作命令。如果总线上接多个 DS18B20,并且在此命令后执行读命令，将会发生数据冲突。Search Rom（搜索ROM）FOH主机调用此命令，通过一个排除法过程，可以识别出总线上 所有器件的ROM序列号。Alarm Search（告警搜索

13、）ECH此命令流程图和Search Rom命令相同，但是DS18B20只有 在垠近的一次温度测量时满足了告警触发条件，才会响应。表5 DS18B20内心操作命令命令类型命令字节功能说明Write Scratchpad（写暂存器）4EH此命令写暂存器中地址24的3个字节（TH、TL和配置寄存器）在发起复位脉冲之前，3个字节都必须要写。Rrad Scratchpad（读暂存器）BEH此命令读取暂存器内容，从字节0 直读取到字节8.主机可以随时发起复位脉冲以停止此操作。Copy Scratchpad（复制暂存器）48H此命令将暂存器中的内容复制进e2ram,以便将温度告警触 发字节存入非易失内存。如

14、果在此命令后产生读时隙，那么 只要器件在进行复制就会输出0,复制完成后，再输出1。Convert T（温度转换）44H此命令开始温度转换操作。如果在此命令后主机产生读时隙, 只要器件在进行温度转换就会输出0,转换完成后再输出1。Recall E2（垂调E2存储器）B8H将存储在e2ram中的温度告警触发值和配置寄存器值垂新 拷贝到暂存器中。此巫调操作在DS 18B20加电时自动产生。Read Power Supply（读供电方式）B4H主机发起此命令后的每个读数据时隙内，DS18B20发信号通 知它的供电方式：0为寄生电源方式，1为外部供电方式。2. ROM操作命令一旦总线主机检测到应答脉冲，便可以发起ROM操作命令。共有5位ROM操作命令。如 表3。3. 内存操作命令在成功执行了 ROM操作命令Z后，才可以使用内存操作命令。主机可以提供6种内存 操作命令，如表4。4. 数据处理DS18B2O要求有严格的时序来保证数据的完整。在单线DQ ,存在复位脉冲、应答 脉冲、写“0”、写“1”、读“（）”和读“1”几种信号类型。其中，除了应答脉冲Z外，均由 主机产生。而数据位的读和写则是通过使用读、写时隙实现的。当主机将数据线从高电平拉至低电平时，产生写时隙。有2种类型的写时隙：写“1” 和写“0”。所有写时隙必须在60US以上（即由高拉低后持续60ms以上），各个写时隙之 间必须保证