《智能型温度测量仪课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能型温度测量仪课程设计（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录前 言2第1章 智能温度测量仪表方案设计与论证31.1 功能与要求31.2 方案论证与比较31.3 方案的确定5第2章 智能温度测量仪表的硬件设计52.1 系统硬件框图如图2所示62.2 温度采集与放大电路的设计62.3 调零电路的设计72.4 A/D转换电路的设计82.5 单片机最小系统92.6 LED显示电路的设计102.7 系统电源的设计.13第3章 软件设计133.1 主程序设计133.2 ADC0809数据读取程序设计.143.3 数字滤波程序设计.163.4 温度设定及显示程序设计.20第4章 设计体会与小结23参考文献24附录25前 言。智能型温度测量仪是基于AT89C51
2、单片机对温度进行控制的，采用PT100温度传感器采集温度数据，通过仪用放大器将温度信号放大，然后再送入A/D转化器，将模拟信号转变成便于单片机处理的数字信号，经过单片机处理后，把温度用LED数码管以动态扫描的方式显示出来。温度测量仪，涉及了模拟电子技术，数字电子技术，单片机接口技术，传感器检测技术等，是一个综合性比较强的课题，比较适合学生做课程设计，在做课程设计过程中，学生通过查找各种资料和书籍，巩固并加深了对专业知识的认识，提高了分析问题的能力和相对独立思考问题的能力。第1章 智能温度测量仪表方案设计与论证1.1功能与要求与技术指标 功能要求配合温度传感器，实现温度的测量；具有开机自检、自动
3、调零功能；具有克服随机误差的数字滤波功能；使用220V/50Hz交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。主要技术指标测量温度范围：0150测量误差：1%显示方式：4位LED数码管显示被测温度值。1.2 总体方案论证方案一：采用DS18B20数字传感器采集温度数据，然后送入单片机进行数据处理，处理后将温度由数码管显示电路图如图1所示：图1-2：DS18B20数字传感器是一个3脚的芯片，1脚为接地，2脚为数据输入输出，3脚为可选的VCC电源。通过一个单线接口发送或接收数据，因此单片机与DS18B20之间仅需一条连线（加上地线）。作为温度采集芯片，可直接将采集值进行处理得到数字量送入单片机
4、,之后由数码管或LCD液晶显示。采用此芯片做温度采集，使得硬件电路结构简单，同时也避免了使用多级电路出现前后级阻抗不匹配的问题，不但节约了硬件部分的成本，提高了采集数据的可靠度。方案二：采用Pt100铂热电阻温度传感器采集温度数据，Ptl00铂电阻具有抗震性能好、测温范围广、测量精度高、机械强度高、耐压性能好等特点,且电阻率较大,其电阻R，与温度t的关系为正比例系数的单调函数，实际测量中有良好的重复性。PT100温度传感器0时电阻值为100，电阻变化率为0.3851/。方案比较PT100 铂热电阻：温度 PT100 阻值 传感两端电压 mV0100.00124.381100.39124.850
5、119.40147.79100138.51170.64150157.33192.93200175.86214.68250194.10235.90300212.05256.59350229.72276.79400247.09296.48450264.18315.69500280.98334.42优点：是一种广泛应用的测温元件,在-50600范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势,包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等优点，测温范围在本课程设计的要求范围之内。缺点：测量电路比较复杂，容易出现多级电路出现前后级阻抗不匹配的问题。DS18B20数字温度传感器：优点：具有可编程、A/D转换，温度采集电
6、路结构简单。缺点： 55125，测温范围具有一定的局限性，不适合特殊高温场合的应用，不满足本课程设计的要求（0150），故最终选择PT100铂热电阻温度传感器采集温度数据。1.3方案确定经过两种方案的比较，最终选定PT100作为温度传感器。PT100温度传感器0 时电阻值为100，电阻变化率为0.3851/。由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，但可采用四线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差。原理如下：如图1-3增加一根导线用以补偿连接导线的电阻引起的测量误差。四线制要求四根导线的材质、线径、长度一致且工作温度相同，使四根导线的电阻值相同，即RL1=RL2=RL3=RL4。
7、通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I，测得电势V1、V2、V3、V4。导线L3、L4接入高输入阻抗电路，IL3=IL4=0。由此可得四线制接法可补偿连接导线的电阻引起的测量误差。图1-3：EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9P3.7(RD)17P3.6(WR)16P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78(AD0)P0.039(AD1)P0.138(AD2)P0.237(AD3)P0.336(AD4)P0.435(AD5)P0.534(AD6)P0.
8、633(AD7)P0.732(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29 第2章 智能温度测量仪表的硬件设计2.1系统硬件框图如图21所示：温度传感器LED数码管显示单片机A/D信号转换放大电路电源系统系统硬件框图21其工作过程为：温度传感器所感应到的被测对象的表面，由温度信号转换成电信号，将传感器的测量信号经过运算放大电路进行放大，由ADC0809对模拟信号进行数字信号的转换。单片机对数字信号进行信息的处理，并通过单片机IO口把数据传递给LED数码管，由
9、数码管对测量的温度数据进行数据显示，同时单片机与片内软件设置的告警温度阀值相比较，若高出，单片机通过IO口向翁鸣器发出响应的电平，控制蜂鸣器发音，进行告警提示。对于告警的阀值，可以编写单片机程序时进行内部软件的设定。2.2温度采集与放大电路的设计采用PT100三线制接法作为温度采集部分，放大器电路，选用仪表放大器AD626差分放大器。因为我们测量的范围为0150，热电阻桥电路出来的电压为几mV，数据量比较小，采用仪表放大器可以比较精确的得到想要放大的倍数，出现较小的误差。为了满足ADC模数转换的电压需要（05V），需要把小信号放大。AD626的设定放大倍数为100倍。如下图即为AD626放大电
10、路，Ui1和Ui2为桥电路输出电压，Vout1为放大后输出电压值。如图2-2： 温度采集与放大电路的电路图2.3调零电路的设计为了能在ADC采样后得到的数字值是从零开始。需在放大电路后面加调零电路。采用INA2132差分大器。INA2132是一种经济型、双路、低功耗单位增益的差分电路，具有高精度光调电阻的运算放大器组成，因此可以提供高精度的增益和较高的共模抑制比。如图2-3，AD626放大电路单端输出的Vout1电压是05V之间。工作原理是当+IN的电压值大于-IN则输出端Vout1输出为正，反之则输出为负。Vout1是INA2132双端输入的正端，负端接一个滑动变阻器组成的电路。调节滑动电阻
11、器阻值可以调节INA2132的-IN端的输入值，达到调零电路的作用。调零电路如图2-3所示：在图2-3中，用一个小电阻R5接在R1的回路中，此时R3与R5分压产生的失调电压加到R1的左端，进而由R1和R2再次分压因而失调电压调整范围由下式确定： 失调电压调整范围=VD(R5R3)(R2(Rl+R2) (VD=l5V) 依据图中的电阻值，其失调电压调整范围约为：15mV。2.4 A/D转换电路的设计 从Out2输出信号是05V间的模拟电压信号，需要经过A/D转换之后将其变成数字信号再输入到单片机内进行处理，单片机可对采集进来的温度数据与所设定的阀值进行比较，然后再控制后面的执行部件。将Out2输
12、出的信号输入到ADC0809的port端口，电路图如图2-4所示图2-4 A/D转换电路2.5单片机最小系统要使单片机工作起来，主要是给单片机增加上电复位电路和外接一个晶振。上电的瞬间，电流有一个突发的向上的尖峰脉冲，因此电流能通过C3电容到达AT89C51的复位端口RESET对AT89C51进行复位。尖峰过后之后，电流平稳，电容C3阻止电流的通过，这样可以防止对AT89C51反复进行复位。电阻R2是用于给C3放电的，并将一号管脚拉低，防止RESET端口上持续高电平。给AT89C51提供一定的时钟频率以后，AT89C51才能开始工作。如图2-5，这个振荡电路与AT89C51内部的时钟振荡器一起
13、组成完整的时钟频率发生电路，XTAL1为AT89C51内部时钟振荡器的输入端，XTAL2为AT89C51内部时钟振荡器的输出端，XTAL为晶振，起到选择振荡频率的作用，这里使用的时钟频率为12MHz。C1、C2为振荡补偿电容，起到放宽起振频率，让时钟容易起振的作用。电路如图2-5所示：图2-5单片机最小系统原理2.6 LED显示电路它主要由四位一体数码显示管、4*4 矩阵键盘和 CH451 芯片构成，用于实现系统的温度显示与温度设定功能。在显示电路的设计中，CH451 为该模块电路的核心器件，功能相对完善。CH451 不仅能有效的将采集到的温度值通过数码管进行实时显示；并且还能控制矩阵键盘，读取通过按键获得的温度设定值，一方面可将设定值直接显示，另一方面还能传输给单片机；同时通过 CH451 芯片控制键盘输入和数码显示，还可有效的节省单片机P口的使用，方便单片机的扩展设计。其设计的原理图如图2-6所示：图2-6 LED显示电路该人机接口电路采用LG3641AH型
