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1、目录前言1第一章 智能温度测量仪表方案设计与论证21.1 功能与要求21.2 方案的论证与比拟21.3 方案确实定3第二章 智能温度测量仪表的硬件设计42.1 系统硬件设计42.2 输入通道电路的设计42.3 人机接口电路的设计62.4 自校准电路的设计7第三章 智能温度测量仪表软件设计83.1 主程序设计8 3.2 自校准的软件实现93.3 温度采集子程序设计10数字滤波的设计10转换子程序设计11键盘显示子程序设计12第四章 温度测量系统的安装与调试134.1 硬件调试134.2 软件调试13第五章 设计体会与小结14 参考文献15附录16 前言 电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个
2、环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。温度控制系统在实际应用中起着非常重要的作用，根本上人们的生活离不开它。随着科学研究、工业和家用电器等方面对测温和温控的需要，各种新型的集成温度传感器是将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一块芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出。在众多温度传感器中，集成温度传感器AD590因其线性好，精确度高和易于实现计算机在线测试与数据处理等优点，在生活中有着广泛应用。科学技术的迅猛开展，特别是自动化技术和计算机技术的开展，极大的促进了智能化技术的开展，同时对智能化技术提出了更高的要求。温度传感器的应用范围很广，它不仅广泛
3、应用于日常生活中，而且也大量应用于自动化和过程检测控制系统。温度传感器的种类很多，我们需要根据现场使用条件，选择恰当的传感器类型才能保证测量的的准确可靠，并同时到达增加使用寿命和降低本钱的作用。我们要注重注重智能仪器根本原理和根本设计方法，同时注重理论结合实际，引入设计实例，从而提高自己的分析、解决实际问题的能力，为以后的学习和工作打下扎实的理论和实践根底。一方面我们要注重智能仪器的开展方向，加强对新器件、新技术的了解，拓宽知识面；另一方面，我们要增强学习的主动性和求知欲望。第一章 AD590测温电路方案设计与论证1.1 功能与要求功能：此次课程设计主要完成测温电路的设计，其中要包括一些智能化
4、功能。所设计的电路要求可以完成温度信号的采集放大以及在LED上显示，另外还可以通过键盘对温度进行设定要求：测温电路的测温范围：0100 ；测温精度：；提出系统的设计方案，给出系统方框图，分析系统的工作原理及和实现的功能，给出系统的硬件设计，系统软件设计包括系统实现的功能、程序主流程图、子程序流程图等，还要完成系统制作与调试。1.2 方案的论证与比拟方案一：采用Pt100铂热电阻温度传感器采集温度数据。PT100温度传感器0时电阻值为100，电阻变化率为/。由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差。电桥输出电压是mv级，再后级采用仪用放
5、大器对信号进行放大，为了能在ADC采样后得到的数字值是从零开始。还需在放大电路后面加上调零电路。然后得到一个05V 的电压信号，输入A/D转换器之后将模拟电压变成便于单片机处理的数字信号。 方案二：采用DS1820数字传感器采集温度数据，然后送入单片机进行数据处理。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数码管显示并通过串口送至上位机。采用此芯片做温度采集，使得硬件电路结构简单，同时也防止了使用多级电路出现前后级阻抗不匹配的问题，不但节约了硬件局部的本钱，提高了采集数据的可靠度。 方案三：采
6、用AD590温度传感器采集温度数据，然后送入单片机进行数据处理。AD590温度传感器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转化成电流。温度每增加1度，它会增加1uA输出电流。可测温度范围-55到150。供电电压范围+4V至+30V。三种方案进行比拟： DS18B20温度范围只能在-55度到+125度之间。由集成的数字温度传感器DS18B20完成温度的采集，/D自动转换等工作，减少了硬件电路的搭建，更加便于设计。Ptl00铂电阻具有抗震性能好、测温范围广、测量精度高等优点，使得测量更加的准确，但它所采集的温度信号需要经过仪用放大器处理，还要经过专门的A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号。采用
7、AD590增加了硬件的投入，同时也引入一些不稳定的因素造成的误差。1.3 方案确实定 通过比拟，最后采用AD590设计，它精度高、价格低、不需辅助电源、线性好是比拟理想的测温元件,故确定此次课程设计为基于温度传感器AD590的智能测温电路。基于AD590的测温电路为首先将采集到的温度值送给温度传感器经过I/V转换送入仪用放大器AD620经放大后的模拟信号进入A/D转换器AD574转变为数字量送给单片机进行分析和处理。然后单片机将处理好的数字量送入LED显示器显示，从而与实际温度进行比拟得到控制量，调节实际温度使之与设定温度逼近。第二章 智能温度测量仪表的硬件设计2.1 系统硬件设计温度控制系统
8、组成框图如下图，其中传感器选用集成温度传感器AD590，信号调理电路包括I/V转换电路、仪用放大器、数字滤波、自校准等，A /D转换器选用A/D574，显示电路为显示。根本过程为烘烤箱的温度信号经温度传感器AD590后送入到信号调理电路中经I/V转换、放大、滤波后的模拟信号送给A/D转换器，A/D转换电路将模拟量转换成数字量送给单片机进行分析处理然后送给显示电路显示，键盘可以对温度进行设定。烘烤箱AD590集成温度传感器信号调理电 路A/D转换单片机键盘显示电 路 系统硬件框图2.2 输入通道电路的设计1 输入通道的硬件电路包括AD590测温电路，放大电路，转换与单片机接口电路。AD590作为
9、温度采集芯片，将采集到的温度信号经AD590测温电路处理后送给放大电路，再经转换后送到单片机进行分析和处理。AD590测温电路如下图其中包括V转换及温标转换电路图2.2 AD590测温电路原理图2 放大电路选用的放大器为仪用放大器AD620，AD620为三运放集成的仪表放大器结构，它的两个内部增益电阻为因而增益方程式为G=49.4k/ RG +1,对于所需的增益那么外部控制电阻值为RG=49.4/(G-1)K，放大电路如下列图2.3所示。 图2.3 放大电路原理图3 A/D转换与单片机接口电路采用的是8051单片机与AD590的接口电路，其中还使用了三态锁存器74LS373和74LS00与非门
10、电路，因为51系列单片机是8位机，如果AD574启动为12位转换方式，转换结果只能按双字节分时读入，所以引脚12/8接地。当8051的查询到STS端转换结束信号后，先将转换后的12位A/D数据的8位读进8051，然后再将低四位读进8051。这里不管AD574是处在启动，转换和输出结果，使能端CE必须为1，因此将8051的写控制线WR-和读控制线RD-通过与非门74LS00与AD574的使能端CE相连。电路原理图如图2.4所示 图2.4 A/D转换与单片机接口电路原理图2.3 人机接口电路的设计人机接口电路的设计，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
11、的温度显示与温度设定功能。人机接口电路的原理图如图2.5所示图2.5 人机接口电路原理图2.4 自校准电路的设计由于校准对于状态性能很重要，所以器件在每次上电后均要即时执行自校准。另外，器件亦可容许用户根据需要以手动形式执行自校准工作。一般来说，这顶功能会在当系统温度超出原先系统设计所订立的阈值时启动。下列图2.6为输入偏置电流自动补偿和校准电路，在仪器的输入高端和低端输入一个带有屏蔽的10M电阻盒，输入偏执电流Ib在该电阻上产生压降，经A/D转换后存储于非易失性校准存储器内，作为输入偏置电流的修正值。在正常测量时，微处理器根据修正值选出适当的数字量到D/A转换器，经输入偏置电流补偿电路产生补
12、偿电流Ib1，抵消Ib，消除仪器输入偏置电流带来的测量误差。 10M电阻输入前置放大器A/D转换器微处理器系 统 图2.6 输入偏置电流自动补偿和校准电路原理图第三章 智能温度测量仪表软件设计 3.1 主程序设计 温度采集芯片AD590将采集到的温度信号送给信号调理电路进行I/V转换和放大处理，再经A/D转换送给单片机分析和处理，输出的数字量用LED显示并与设定温度进行比拟，小于设定温度那么显示实时温度。 温度信号采集开始单片机分析处理数据大于设定值？YND转换显示温度结束 图3.1 主程序流程图主程序如附录所示3.2 自校准的软件实现软件方法进行自校准时, 用信号发生器送出标准信号，将此标准信号直接送至输入电路，进行自校准程序, 观察显示的温度值是否为标准信号所对应的温度值。如有误差, 那么按“参数键, 根据显示的温度值(五位) 与标准值的差异, 再按动“增加或“减少键直至显示准确温度值时为止，自校准程序流程图如图3.2所示。取A/D转换结果除以放大倍数显示是标准信号所对应的温度吗？将参数作相应减少有键按下吗？将参数作相应增加是“参数键吗？是“增加键吗？是“减少键吗？
