温度测量控制系统课程设计经典

1、 目 录1.课题内容2.系统方案论证与选择3.单元电路设计 3.1 温度传感器与 放大模块 3.2 A/D转换3.3 单片机 331时钟显示 33.2复位电路4、报警电路5、显示电路 6.结束语7.参考文献8鸣谢9附录1.课题内容 【题目】温度测量控制系统【摘要】随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演了一个越来越重要的角色。因此，对温度采集控制系统的设计与研究就具有十分重要的意义。随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会发展的主流方向。各种工业领域都用到了数据采集，在石油勘探、地震数据采集等领域已经得

2、到广泛应用。随着测控技术的迅猛发展，以嵌入式计算机为核心的数据采集系统已经在测控领域中占到了统治地位。数据采集系统是将现场的各种参数如温度、压力、频率等进行采集后送微机进行处理和分析，达到检测和控制的目的。现代化生产对温度采集的精度、实时性和采集效率等都有很高的要求，而且有很多测温现场环境恶劣，对操作人员现场采集十分不利，这就需要一种能够自动采集、处理和传送数据的测温仪器。同时，为了方便安装和维护，这类仪器需要具备长期自动稳定工作的能力。因此，开发低功耗的温度采集系统，对这些应用领域的温度数据进行测量是非常必要的。在科研实验、大棚蔬菜种植、各种动物养殖及卫生医疗等场合经常要用到温度采集系统；以

3、及火灾自动报警控制系统、电话室温采集系统等都有相关的应用。【关键词】传感器、放大器、A/D转换、单片机、报警器输出显示【技术要求】 1.设计一个独立的两路的温度测量控制系统。2.温度控制在38°C39°C之间，测量精度±01°C。3.要求显示测量的温度信号。4.超温报警。2.系统方案论证与选择本测量控制系统的核心部位在控制，控制的方式有多种，可以采用硬件或软件控制。在本设计中采用硬件控制，硬件控制一般选择单片机或DSP芯片来实现。由于DSP芯片是以数字信号来处理大量信息的器件，主要应用于数字信号处理领域，非常适合高密度，重复运算及大数据容量的信号处理。现

4、在已经广泛用于通信、便捷式计算机和便捷式仪表、雷达、图象、航空、家用电器、医疗设备等领域，常见的手机、数字电视和数码相机都离不开DSP。在此控制系统中不需要大量的数据运算，只需要一般的控制，因此，选择用单片机来实现控制。单片机是集成了CPU、ROM、RAM、和I/O的微型计算机。它有很强的接口性能，非常适合于工业控制。它与通用不同，它是以工业测控对象、环境、接口等特点出发，向着增强控制功能，提高工业环境下的可靠性、灵活方便地构成计算机系统界面接口的方向发展。系统总方案：3.单元电路设计3.1温度传感和放大模块温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度

5、的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等。方案一：采用二极管做温度传感器 晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.22秒，灵敏度高。测温范围为-50+150。同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性较差。方案二：用可编程

6、器件DS18B20做温度传感器 DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，线路简单，十分方便。 DS18B20产品具有以下特点：（1） 只要求一个端口即可实现通信。（2） 在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。（3） 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。（4） 测量温度范围在55到125之间。（5） 数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。（6） 内部有温度上、下限告警设置。方案三：用LM35做温度传感器 LM35是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从

7、0开始。在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的（约50A），所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。 LM35温度传感器线性度好，电路简单。考虑到各种传感器的特点、工作温度以及精度，综合考虑后决定采用方案三，选用高精度摄氏温度传感器LM35。如下2-1-2（a）、（b）所示。图2-1-2（a）单电源模式图2-1-2（b）双电源模式单电源提供正温度的测量，LM35温度传感器,输出电压00.99V,温度每上升1,电压上升10ms,可测温度099.即V=0.01T，运算放大器LM358

8、放大5倍电压,即V=0.05T.经0809通道0转化为数字量,因为转换公式:V/5=X/255,即0.05T/5=X/255,则T100X/256. 为了精确到0.1,使t=10*T=1000X/256=125X/32,所以转换公式是t=125X/32,X为数字量.其采集温度及放大温度电路图如下：3.2 AD转换电路A/D转换器的功能是在规定时间内把模拟信号在时刻t的幅度值（电压值）转换为一个相应的数字量。由于A/D转换器输入的模拟信号在时间上是连续的，输出的数字信号是离散的。所以只能在一系列选定的瞬间进行A/D转换，这样既要求对输入的模拟信号先进行采样，然后再把这些采样值转换为二进制数字进行

9、输出。因此，一般的A/D转换过程需要经过采样、保持、量化和编码这四个步骤来完成。采样就是把一个在时间上连续的信号变换为在时间上的离散的信号。因为每次把采样得到的电压值转换为二进制数字都需要经过一段的时间T，所以在时间T中要保持采样值的不变，及要求利用保持电路对采样值经行储存。数字信号不仅在时间上是离散的，而且在幅度上也是离散的。为了将电压信号转换为数字信号，在A/D转换过程中，还必须将采样后获得的输出电压按照某种近似方式规划到与之相应的离散电平上。这一过程成为数值量化。量化后的数值经过编码后就可得到相应的数字信号。AD转换电路采用ADC0809，是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机

10、兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 ADC0809的内部逻辑结构如图2-2所示由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 引脚结构如图2-3 所示。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量送入转换器

11、进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。3.3单片机 处理模块是整个设计方案的核心，它控制了温度的采集、处理与显示、温度上下限值的设定。单片机采用89C51。AT89系列单片机对于一般用户来说，有下列明显的优点：内部含有Flash存储器，在系统开发过程中很容易修改程序，可以大大缩短了系统的开发时间。与MCS-51系列单片机引脚兼容，可以直接进行代换。AT89系列并不对80C31的简单继承，功能进一步增强，在我国这种单片机受到广泛青睐。33.1时钟显示单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽

12、然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。单片机的时钟产生方式有两种。 内部时钟方式。 外部时钟方式。33.2复位电路单片机的复位是靠外部电路实现的。单片机工作后，只要在它的RST引线上加载高电平，单片机就能够有效地复位。单片机通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。 图2 单片机的2种复位电路单片机仿真引脚图：4.报警电路 音频电路我们要求的温度在一定的范围内为安全温度，我们设置的温度界限范围为 3839，当测量值在正常范围内时，程序控制P2.3输出低电平，音频信号不发声，当达到一定的上界或者下界时，报警电路开始工作，P2.3同时为高电平，音频发音告警，操作人员观察音频发生器是否发音，就

13、可知道被测量器件工作是否正常。 其电路图如下：5.显示电路 在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。 LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。图8为0.5英尺LED数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应ag笔段构成“”字形另一只发光二极管Dp作为小数点。因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。 图11 LED数码管 当LED数码管与单片机相连时，一般将LED数码管的各笔段引脚a、b、g、Dp按某一顺序接到MCS51型单片机某一个并行I/O口D0、

14、D1、D7，当该I/O口输出某一特定数据时，就能使LED数码管显示出某个字符。LED数码管编码方式有多种，按小数点计否可分为七段码和八段码；按共阴共阳可分为共阴字段码和共阳字段码，不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码；按a、b、g、Dp编码顺序是高位在前，还是低位在前，又可分为顺序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下将a、b、g、Dp顺序打乱编码。表2为共阴极和共阳极LED数码管几种八段编码表。共阴顺序小数点暗共阴逆序小数点暗共阳顺序小数点亮共阳顺序小数点暗Dp g f e d c b a16进制a b c d e f g Dp16进制00 0 1 1 1 1 1 13FH1 1 1

15、 1 1 1 0 0FCH40HC0 H10 0 0 0 0 1 1 006H0 1 1 0 0 0 0 0 60H79HF9 H20 1 0 1 1 0 1 15BH1 1 0 1 1 0 1 0DAH24HA4 H30 1 0 0 1 1 1 14FH1 1 1 1 0 0 1 0F2H30HB0 H40 1 1 0 0 1 1 066H0 1 1 0 0 1 1 066H19 H99 H50 1 1 0 1 1 0 16DH1 0 1 1 0 1 1 0B6H12 H92 H60 1 1 1 1 1 0 17DH1 0 1 1 1 1 1 0BEH02 H82 H70 0 0 0 0 1

16、 1 107H1 1 1 0 0 0 0 0E0H78 HF8 H80 1 1 1 1 1 1 17FH1 1 1 1 1 1 1 0FEH00 H80 H90 1 1 0 1 1 1 16FH1 1 1 1 0 1 1 0F6H10 H90 H表2 共阴极和共阳极LED数码管几种八段编码显示电路仿真图： 图12 显示电路6.结束语这次课程设计我选择了温度测量与控制这一题目，感到这个题目综合性强，应用广，对设计者的要求也较高，因此，碰到的难度也较大，但本着求知与实践应用的精神，我最终将这个题目的大概框架整理出来，其中有许多不尽人意之处及不理想的地方还很多，这也是我今后学习的方向和动力。本次设计

17、中，我主要负责数字显示与温度范围控制模块中的译码显示、声光报警与温度控制执行模块，显示电路是这次设计中花力气最大的环节，它首先需要将模拟量转化为数字量，再将其变为8421BCD码，这一过程实现有很多方法，如利用单片机等，然后就可以用数码管显示了。控制电路的实现方法也有很多种，设计中也拟定了两种方法，他们之间的优劣也有表述，关键是我从中了解了相关控制的多种方法，为今后设计控制电路做足准备。在这次的设计模块中我们还引入了温度控制执行模块，完善了整个模块的功能。最后，通过这次课程设计让我获益良多。另外，本次设计这个题目和我“挑战杯”所选的题目有很大的相似之处，很多环节都可以用单片机实现，我们在“挑战

18、杯”中选用单片机来完成设计功能，而这次的课程设计让我从另一个方向完成了这个设计，对我的思路有了很大的拓展。从中我认识到了各课程学习的重要与应用之处，为今后学习指明方向，也大大的提高的系统学习电子技术的兴趣。同时，在设计中我尝试使用了Multisim 10.0软件，发现了这个软件的强大，做了很多测试以及仿真，在仿真过程中不断修改和完善电路，虽然这个过程经历的时间很长，而且也有很多困难，但是强化了对已学知识的理解，较为熟练的学会了该软件的应用，为我今后设计及学习和电路设计提供了有效的工具。这次的课程设计让我明白了动手实践的重要性，加深了我对理论知识的理解，并且提高了我的综合能力，收获很大。7.参考文献1刘畅生等.传感器简明手册及应用电路-温度传感器.西安电子科技大学出版社.2006.2王振红等.综合电子设计与实践.清华大学出版