多路温度的巡回检测

1、多路温度巡回检测李丹孟令雷杨乐 张巧玲程建川(电气学院)指导老师：赵志衡摘 要：本系统由单片机及其最小系统模块、热电偶测温模块、AD620信号放大 模块、键盘模块、LED时钟显示模块、LCD图形显示模块、串口通讯模块组成。可 以实现对多点温度的实时测量、分时显示，用户可以通过键盘选择需要显示的通 道，也可以通过计算机上的用户界面查看温度变化，强大的显示功能给用户一个 直观的印象。关键词：单片机；多路温度；液晶；串口通讯；键盘；时钟立项依据1.1课题研究的目的、意义课题研究的目的：通过课题的研究进一步巩固所学的知识，同时学习课程以外的知识，培养 综合应用知识的能力。锻炼动手能力与实际工作能力，将

2、所学的理论与实践结合起来。培养团队精神，加强协作能力，增进同学间的友谊。课题研究的意义：研究过程本身可以使参与者得到极大的锻炼，为将来参加实际工作做好准 备。研究的预期成果可以弥补现有现有实验环境的不足。1.2现状分析温度的测量在很多领域都有应用，本系统以实验室里的线圈发热的温度测量 为载体进行设计，设计好的系统可以在很多将温度信号转化为电压信号的系统中 应用，强大的显示功能给人们更直观的认识。友好的键盘输入届面，更是方便了 人的介入。方案论证与比较2.1六路模拟信号与入/1）变换器部分被测信号为一路由A/D590测得的代表室温的电压信号，经OP07放大后在0-5V 范围内，五路由热电偶测得的

3、代表线圈各点温度与室温差值的电压信号，经 A/D620放大后也在0-5V范围内。对于A/D变换器的选择有两种方案：方案一：采 用带多路模拟开关功能的芯片ADC0809,分辨率为8位，精度较低，但控制方便； 方案二：采用芯片AD574和多路模拟开关AD4051,AD4051完成多路温度的切换功 能，AD574进行模拟数字信号的转换，分辨率为12位，精度较高，控制也不是很 麻烦。比较两种方案从获得更高精度方面考虑选择第二种方案。2.2数据采集部分数据的采集采用一次采集六路信号的方式，对于每一路采集三次求平均值， 这样可以减小偶然误差。对于采样时间间隔的定时有两种方案：方案一用单片机 内部定时器，这

4、样比较方便，但是有个很大的缺点就是不准确，定时一小时后， 误差大概在二分钟左右，这几乎是不允许的；方案二是采用专用的时钟日历芯片 DS12887,这种芯片可以提供比较精确的定时时间，而且还可以将其发出的时间送 LED显示，起到时钟的作用，可谓一举两得。2.3数据的存储与提取部分经AD574转换来的信号的存储方式有两种，方案一：连续存储即将同时采得 的六路数据按顺序存放在外部数据存储器中，这样存储，对于存储比较方便，但 是提取比较麻烦，因为提取是提取其中的两路信号运算后显示。方案二：分开存 储即将同时采得的六路信号放在已经分开的六个存储空间中，六个空间有不同的 起始地址，这样存储使得存储和提取都

5、很方便，因此采用第二种方案。2.4数据处理部分放入存储空间里的数据只是温度信号的电压表示形式，显示的时候要将其转 化为温度形式，根据热电偶测温原理，被测信号的实际温度为室温加上热电偶输 出的电压代表的温度。AD590输出的电压信号经OP07放大后与温度的的关系为0.1V代表1oc,热电 偶输出的电压信号经AD620放大后与温度的关系为0.2V代表1。2.5温度的显示（液晶显示部分）经过处理后的温度信号要显示到液晶上还要经过转换，由于点阵液晶是通过 点亮一些点来绘制出图形，去掉坐标轴后剩下56行和120列用于绘制曲线，由于 要体现的温度曲线在20-100，按照每格点代表2绘制曲线，这样精度肯定受

6、 到影响，但是用液晶只是用来反映温度的大致趋势，要得到更精确的温度曲线可 以从上位机即计算机得到，另外液晶上也标明了当前温度的值，这个数值精确到 0.1精度已足够。2.6温度的显示（计算机显示部分）上位机与51单片机串行通讯有三种方案：方案一，通过按键选择通道数，单 片机上传数据，上位机显示图形。方案二，单片机循环上传六路数据，上位机在 六个窗口中依次显示所采集到的数据。方案三，通过上位机选择通道数，然后发 送控制符给单片机，单片机根据收到的控制符来进行相应的操作。方案一通过按 键切换通道，图形显示与液晶捆绑在一起，计算机显示不仅显得多余，而且浪 费了单片机资源.。方案二虽可实现多路数据的同时

7、显示，但是这样不太符合人 们观察得习惯，而且加重了单片机负担，不利于系统的扩展。以上两种方案还有 一个共同缺点，就是只实现了单工通讯，没有数据校验及错误处理。方案三串行 通讯采用中断方式,单片机接收到数据后，立即产生串行口中断，转入中断服务 程序，然后根据接收到控制符的含义发送相应的数据，数据发送完后即退出中断 服务程序。上位机接收到数据后进行数据分析，根据编写的协议，若数据正确则 根据建立得数学模型将十六进制数转化成温度值后送显示，若数据错误则发送错 误标志符请求重发。这样就实现了上位机与单片机之间一问一答式的半双工通 讯。上位机接收到单片机发送的数据包后，首先判断第一个字节是否为上次发送

8、的控制符，若发生错误，则舍弃数据包并重新选择通道。然后判断第二字节是否 与第四字节相同以及第三字节是否与第五字节相同，若不相同，舍弃数据并发送 相应的控制符，请求重新发送上一个数据包，若相同，则保存数据。可见，方案 三为比较理想的方案。2.7键盘部分键盘的制作有两种方案：方案一：直接使用I/O 口作为键盘行线和列线选择 按键，这样的好处是比较简单，但是当需要按键消抖和多个按键同时按下处理时， 软件部分显得比较笨重，比较繁琐，时间较慢。方案二：采用通用键盘显示器接 口芯片8279, 8279对键盘部分提供一种扫描工作方式，能对64个按键键盘阵列 不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的按键并得到键号

9、，能对双键或N键同时 按下进行处理。同时8279可以显示多达16位的字符或数字，这样正好和DS12887 配合显示当前时间。综上，选择第二种方案。2.8时钟部分时间的设定也有两种方案：一种方案是设定一次时间后就不再改变，这样编 程控制比较方便，但是有一个问题是一旦时间不准，除了修改程序重新初始化以 外没有别的办法能够修订时钟；第二种方案是通过上位机从串口输入准确的时 间，这样虽然带来了编程的麻烦，但是控制时钟比较方便，可以很方便的修订时 间。本系统采用方案二。3.原理框图键盘部分模拟部分4.设计原理图4.1模拟部分(只画出一路信号的放大部分，和室温测量部分)1). AD620信号放大部分2).

10、AD590测量室温部分3).稳压电源部分4.24.3 AD574采样部分4.4键盘及LED显示部分4.5 AT89C52及其外围接口电路部分_LI-I_LI-II-I_LI-II-II-I_LI-II-II-IJ. -r4-r44-r4-r-T4-r-r4-r百-.J-l-5.1主程序流程图5.程序流程图5.2显示初始界面程序流程图5.3采样程序流程图5.4采样后送显示程序流程图5.5键盘部分程序流程图5.6定时程序及其中断服务程序流程图初始化DS12887,设定当前时间及其内部时钟频率，设定工作方式5.7上位机串口操作流程图5.8单片机串口中断服务程序流程图6.系统测试及结果分析6.1测试仪

11、器UT56手持式四位半数字多用表两块DS5102CA 100MHZ双信道数字示波器一台TFG3050 DDS函数信号发生器一台DF17351SB5AB直流电源一台奔四3.0计算机一台6.2测试方法先分别调试各功能单元模块，调通后再进行整机调试，以提高调试效率。调 试过程如下:.模拟部分调试 这部分包括AD590测量室温，及其经过OP07信号放大 部分；五路经热电偶测温输出电压小信号经AD620信号放大部分。调试时，先调 试室温部分，通过温度计测得当前室内温度，通过调节9V稳压源与AD590之间 串联的可调电阻的阻值使温度与输出电压的关系是1oc代表0.1VOP07五脚与一 脚之间的可调电阻是用

12、来调节零漂的。调好室温后，再调节AD620输入电压与输 出电压的关系，使之满足输出信号是输入信号的1000倍，其中AD620的一脚和 八脚之间接的是精密电阻，电阻值通过公式R = 49竺确定。G -1 . AT89C52及其外围电路部分的调试 这部分电路是系统的主要部分， 包括微处理器AT89C52，外部数据存储器RAM6264，74HC138译码器，时钟日历 芯片DS12887，并行IO接口芯片8255，AD574模数转换芯片，RS-232C双工发 送器/接收器接口电路芯片MAX232，液晶接口插槽，键盘接口插槽。调试的时候 从液晶部分开始，执行液晶清屏和全部点亮等简单的操作，当调试成功后，

13、再进 行查表操作，往液晶里写数字和汉字，都成功后说明液晶部分已经可以控制。调 节AD采样部分时，给AD574输入标准的5V电压，用伟福仿真器观察转化是否正 确，正确后将其写入外部RAM中检查RAM是否工作正常，同样是从伟福仿真器中 相应的地址单元观察。这部分调好后输入一个方波观察转换结果是否正确。都正 确后，调试采样后结果送液品显示部分，同样是先给标准5V电压，观察液晶上 输出是不是直线，所在位置是否正确，正确后送方波观察结果是否正确，其后用 正弦波观察。串口的调试方案是：先用两台计算机通过串口进行数据的传送和接 收，检查程序的正确性，然后再将串口接到实验板上进行调试。时钟日历芯片的 调试要结

14、合键盘及LED显示部分，可以同键盘一起调。各部分都成功后再进行整 个板的调试，检查有无冲突的地方。 键盘、LED、时钟日历部分的调试 先编写一个简单的程序将输入的 键值送LED显示观察结果是否正确，对于时钟日历的调试是通过初始化DS12887 后将时间送LED显示查看结果的正确性。.整机调试各个部分都调通后，将各部分连起来调，检查是否能满足 基本功能，这部分工作量较大，要注意软件上各个部分的衔接，是否有互相影响 的因素，由于程序中用到了中断，要注意对现场的保护，还有对与键盘要考虑小 豆时间是否合理。这时候硬件电路出错的可能已经比较小，但是也要注意各部分 是否有互相影响的地方，要注意防止外界的干

15、扰。6.3结果分析将调试完成后的程序烧进AT89C52中后，去掉伟福仿真器运行，观察结果。经观察液晶上的曲线有微小的跳变幅度在2-4摄氏度之间不等，但是室温那 一路比较平稳基本呈一条直线。我们认为由于液晶点数有限造成显示的时候一个 点需要代表2摄氏度，这样由于在线包温度上升的过程中处于临界状态的时候， 由于温度的微小浮动造成显示的很大差别。再有一个原因是，AD620上带有精密 电阻，而其放大倍数是1000倍，使得只要电阻有微小的变化，输出电压都会发 生很大的变化从而影响采样得到值，进而影响液晶上显示的曲线形状，对精密电 阻进行屏蔽后效果会好一点。串口通讯到上位机后显示波形为：1).室温部分2).其中一路的温升曲线3).回放时的曲线分析以上计算机得到的结果，在考虑误差与外界干扰的情况下，结果还是比 较令人满意的。通过上位机调整时间的界面：1).通过获取系统时间调整时间X任务栏荻服系统时间输人:时间确认2).通过设定时间调整时间通过这个程序可以方便的对时间进行调整。心得体会通过对这个系统的设计和调试，使我们对数据采样，数据处理，及MCS-51 单片机的编程有了更深的了解。明白了做课题研究的一般步骤和方法，特别是实 际调试的时候要善于找到问题的根源，勤于思考、善于思考，培