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1、多点温度巡回检测系统的设计目 录1 引言11.1 本设计的意义11.2 国内外现状分析11.3 论文的主要内容22 系统总体方案设计23 硬件部分设计33.1 AT89C51介绍33.1.1 主要性能33.1.2 引脚功能说明43.2 传感器模块部分设计43.2.1 AD590主要特性53.2.2 与ADC0809接口63.3 数模转换部分硬件设计63.3.1 ADC0809介绍73.3.2 ADC0809各管脚功能73.3.3 硬件连接电路83.4 LED显示电路的设计93.4.1 LED数码管93.4.2 LED数码管编码方式103.4.3 LED数码管显示方式和典型应用电路113.5 报
2、警电路的设计123.6 整体电路图134 软件部分设计144.1 A/D转换程序流程图144.2 显示程序流程图144.3 报警程序流程图154.4 主程序流程图15结束语18参考文献19附录20致谢231 引言1.1 本设计的意义随着电子技术、计算机技术、通信技术的迅速发展，工业测控领域采用先进的技术对现场的工业生产参数进行检测，监测是实现工业自动化的重要标志。据不完全统计，在工业生产中被监测最多的参数应该是压力、流量、温度三大参数。无论在石油、化工、煤炭、水利等行业，还是电力、机械、航空、国防等部门，都离不开对这些参数的监测。当然除此之外，还有诸如液位、扭矩、密度、浓度、速度、位移、距离、
3、电参数等众多物理参数的监测，但用的最多的恐怕还是温度的监测，可以说温度的测量是一个“永恒”的话题。温度测量的领域十分广泛，其实，不仅在工业领域，而且在民用领域、军用领域，温度的测量随处可见。在工业领域，电力系统的安全运行关系到整个工业的发展和人民生活的稳定，其中一个重要的方面是电气设备自身的安全运行，由于绝大多数的电气设备采用封闭式结构，散热效果差，热积累大，并长期处于高电压、大电流和满负荷运行，其结果造成热量集结加剧，温升直接危害电器设备的绝缘，这就要求对电气设备的温度状况进行测量控制。如发电厂的发电机组随着电压增高和容量增大，解决定子铁心和绕组温升的问题就日益突出。对全封闭的高压开关电器，
4、也存在对其开关触头温度的监测问题，电机的轴温，胶带滚筒的表面温度，工业冷却循环水温，加热设备的炉温，啤酒的麦芽发酵温度，各种化工原料在化学反应时控制的温度等等。在民用领域，超市的食品架内温度，人们生活空间环境的温度，空调的控制温度，人体繁荣体温检测，冰箱、冰柜的温度测量等等。随着计算机的发展，程序控制也逐渐成为了工业生产中的主要角色，各种各样的检测系统应运而生。基于单片机的温度检测系统具有以前温度检测所无法具有的优点，因为系统为程序控制，所以实现形式非常灵活，而且可以实现很多新功能，而且对于日益复杂化的工业生产，对于多点温度检测的需求也很大程度上提高了。单片机系统具有体积小，功耗小的特点，而且
5、可以对采集的数据进行软件处理，所以用单片机进行多路温度检测，具有非常实际的意义。1.2 国内外现状分析随着世界进入信息化时代，自动化、信息化成为世界各国发展重要方向之一。传感器作为自动化和信息系统的前端器件，是制造业自动化和信息化的基础；现代传感器技术集约了多种学科的尖端成果、是国际上发展最迅速的高新技术之一；是传统产业技术改造和升级的“功效倍增器”，成为衡量一个国家科技发展的重要指标。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态的嵌入式系统，它广泛应用在中、小型工控领域，是电子系统智能化的最重要的工具。温度传感器也从传统类型向集成化、微型化、多功能发展，且随着材料行业对传感器敏感材料进一步的
6、开发，传感器新敏感材料不断推出，高新材料已广泛用于新型传感器制造研发中，如光纤传感器，光纤传感器等等，我国与国外先进国家相比，还处于落后状态。本设计主要涉及到微控制器和温度传感器的应用。二者的发展直接影响着温度检测方面的设计和应用。1.3 论文的主要内容本文首先介绍了本设计的现实意义，然后分析了在国内外的现状。从整体方案上给出介绍，即先介绍系统整体方案，给出系统方框图，按模块化划分，逐个模块介绍，然后总体说明。第三部分是硬件部分设计，系统详细的介绍设计中的主控单元-单片机及各个模块，包括传感器模块的设计，数模转换部分硬件设计，显示部分电路设计，报警电路的设计等等，最后给出整个系统的电路原理图。
7、第四部分是软件部分的设计，其中涵盖了，主程序流程图、A/D转换程序流程图、显示程序流程图、报警程序流程图等及相关流程图的文字说明。2 系统总体方案设计图1 设计框图如图1所示，本设计共有五部分组成：温度采集，A/D转换，单片机，显示电路，告警电路等，其中温度采集主要由AD590组成，把热力学温度信号转换成电流信号，然后放大，经电阻分压获得电压信号，送入A/D转换电路即ADC0809后得到8位的数字温度信号，送入单片机，由单片机的TXD,RXD串行（高位在前，地位在后）送入显示电路显示，并且判断是否超出设定范围，若超出设定范围，由单片机启动告警电路，告警。本设计是模拟温度的显示，温度经过AD59
8、0转换为电流信号，经放大器放大后通过电阻转换成电压信号，进入ADC0809进行A/D转换成数字量,送入单片机后输出到静态显示部分，显示其温度值。在该设计中，显示部分采用74LS164串联组成驱动LED部分，这样既达到显示的目的又节省了I/O口，使设计简单明了。 由于本设计的对单片机可靠性要求不高，本着简单实用出发，复位电路设计为上电复位 。ADC0809进行A/D转换后，输出的是并行8位数据，直接送入单片机节省硬件设施且使编程简单，为实现多路巡回检测，通过P0.0P0.2控制74LS373来达到设计目的。其中温度范围的计算原理：首先把A/D转换中电位器顺时针旋到底，即模拟信号的输入不衰减，选取
9、两个温度状态T1T2，分别测量出其模拟输出电压V1V2；根据ADC0809的输入范围在0到5伏，即可计算出温度极限。0伏时对应的温度TL：T1-（V1-0）（T2-T1）/（V2-V1）5伏时对应的温度TH：T1-（V1-5）（T2-T1）/（V2-V1）本设计中近似计算TH为150，TL为-50。程序中温度的计算原理：首先用温度范围除以0到256（即每个十六进制数的温度增长率），然后乘以模拟转换的数字量，即得到升高的温度，再和最低温度相加，就可以得到实际的温度值。其公式为：TL+AX（TH-TL）/256TL：显示的最低温度TH：显示的最高温度AX：模拟电压所转换的数字量在A/D转换实验模块
10、中模拟信号输入端的电位器可调节电压输入，用以模拟低温状态下的温度显示，当电位器顺时针旋到底时，输入信号不衰减，显示温度与室温相对应，用做数字显示温度表。3 硬件部分设计3.1 AT89C51介绍AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。片内带有一个4KB的Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM）。它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC-51兼容。片内的Flash存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此AT89C51/LV51是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方
11、便地应用在各种控制领域。3.1.1 主要性能l 4KB可改编程序Flash存储器（可经受1000次的写入擦除）l 全静态工作：0Hz24MHzl 3级程序存储器保密l 1288字节内部RAMl 32条可编程I/O线l 2个16位定时器/计数器l 6个中断源l 可编程串行通道l 片内时钟振荡器3.1.2 引脚功能说明图2是AT89C51的引脚结构图，下面分别简单的介绍这些引脚的功能。(1) 主电源引脚VCC：电源端。GND：接地端。(2) 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2(3) 控制或与其他电源复用引脚RST，ALE/PROG，/EA /Vpp图2 AT89C51的引脚结构ALE/PROG：当
12、访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（/PROG）。/PSEN：程序存储允许（/PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号。/EA/Vpp：外部访问允许端。当/EA端保持高电平（接Vcc端）时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。在Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选用12V编程）。(4) 输入/输出引脚P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7和P3.0P3.7。其中P3端口还用于一些复用功能。3.2 传感器模块部分设计AD590是美国模拟器件公司的电流输
13、出型温度传感器，供电电压范围为330V，输出电流223A（-50C）423A(+150C),灵敏度为1A/C。当在电路中串接采样电阻R时，R两端的电压可作为输出电压。注意R的阻值不能取得太大，以保证AD590两端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达20M，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。3.2.1 AD590主要特性(1) 流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： Ir/T= mA/K式中： Ir-流过器件（AD590）的电流，单
14、位为mA；T-热力学温度，单位为K。(2) AD590的测温范围为-55C+150C。(3) AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。(4) 输出电阻为710MW。(5) 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55C+150C范围内，非线性误差为0.3C。AD590的封装形式和基本应用电路如图3： a)封装形式 b)基本应用电路图3 AD590的封装及基本应用电路在本设计中，使用AD590对温度进行采集，即通道AD590把摄
15、氏温度信号转换成电流信号，经电阻分压，最总转换成电压信号，送到ADC0809。其电路如图4所示。图4 温度采集电路图其中，R1用来调节运放的输入电压，经运放发大后达到ADC0809的转换电压。3.2.2 与ADC0809接口AD590作为温度采集器件，把热力学温度转换成电流信号，送入运算放大器放大，然后经电阻转换成电压信号，送入ADC0809.图5中给出一路温度采集电路与ADC0809的方式。要实现多路温度的采集，只需在ADC0809的输入端连接多路温度采集电路即可。图5 ADC0809与AD590的接口电路3.3 数模转换部分硬件设计将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC,Analog to Digital Converter）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A转换器或DAC,Digital to Analog Converter）；A/D转换器和D/A转换器已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器和D/
