温度测量仪课设(1).doc

过程控制系统课程设计设计题目：智能化温度测量仪设计学 生： 专 业：测控技术与仪器班级学号：50810指导教师：宋爱娟 设计时间：2011.6.28-2011.7.9东北大学秦皇岛分校自动化工程系过程控制系统课程设计任务书专业 测控技术与仪器 班级 50810 姓名 葛旸 设计题目： 智能化温度测量仪设计 一、设计实验条件 过程控制系统实验室实验系统二、设计任务1、温度传感器采用AD590，单片机为核心温度控制系统。系统主要由温度传感器，单片机控制系统、锅炉温度对象、执行器（查找资料自己选择）等组成.2、写出温度测量过程，绘制温度测量仪组成框图3、（1）系统硬件电路设计 单片机采用89S52；共阴极数码管，A/D采用ADL7315。 （2）编制温度测量程序：软件采用模块化程序结构设计,由温度采集程序、温度校准程序与测量程序三部分组成。三、设计说明书的内容1、 设计题目与设计任务（设计任务书）2、 前言（绪论）(设计的目的、意义等)3、 主体设计部分4、 参考文献5、 结束语四、设计时间与设计时间安排1、设计时间： 2周2、设计时间安排： 熟悉实验设备、实验、收集资料： 4天 设计计算、绘制技术图纸： 4天编写课程设计说明书： 5天 答辩： 1天目录前言3一、 总体设计思想4二、 智能化流量测量仪硬件设计42.1 单片机控制模块52.2 数据采集模块62.3 A/D转换模块72.4 数码管显示模块82.5 键盘输入模块82.6 上下限报警及继电器控制模块112.7 串口通讯模块11三、智能化温度测量仪软件设计12四、总结17五、结束语17六、参考文献18七、附图附表19前言【摘要】：本文主要介绍了温度的自动测量和简单控制，包括温度传感器、单片机接口及其应用软件的设计，根据实际使用要求设计了相应的单片机硬件系统，该系统能够实现数据采集、 数据处理、温度值实时显示（LED）、实时控制（继电器）、超限报警（声光报警）和与远程计算机通讯，另外还加入了防止系统跑飞的看门狗软件设计。简略介绍了该仪表的软件部分；对该温度仪表的未来发展进行了展望。【关键词】：温度测量 智能化 单片机 温度测量是现代检测技术的重要组成部分,在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。因此,能够确保快速、准确地测量温度的技术及其装置普遍受到各国的重视。近年来,利用智能化数字式温度传感器以实现温度信息的在线检测已成为温度检测技术的一种发展趋势。智能化温度测量仪是以8051单片机和温度检测元件AD590相结合的温度测量系统。本系统的数学模型合理，测量方法容易实现。实际仪器采用抗干扰、低零漂、低温漂的电子元件，性能稳定。该系统具有性能可靠、测温准确、结构简单、造价低廉等特点,并兼具线路简捷、使用灵活、抗干扰性好、可移植性强等优点。 仪表系统设计实现的目标任务 根据实际测量要求，该温度测量系统应具有的功能：（1） 自动检测温度并用LED显示；（2） 键盘实现测温、设温、控温等功能切换；（3） A/D转换，温度以为单位；（4） 温度测量和控制范围：099；（5） 温度控制精度：1；（6） 要求能够和上位机进行通讯或实现数据存储；（7） 要求仪表工作稳定、可靠、控制实时准确。一、总体设计思想将集成温度传感器AD590（0时为0.2732mA）因温度变化，导致电流变化（0.001mA/），经运放转换为电压变化输入ADC0808，输入电压Vin（05V之间）经过A/D转换之后，其值由8052处理，最后将其显示在两个七段数码管上。加入键盘实现设定温度上下限和控制温度值，以及仪表的功能转换。该仪表系统主要包括七个模块，分别是：单片机控制模块、信号采集模块、A/D转换模块、LED显示模块、键盘扫描模块、串口通讯模块、上下限报警和继电器控制模块，如有需要还可以加入数据存储模块。系统结构框图及工作原理 图1 系统结构框图工作原理：通过传感器AD590采集现场温度，根据测得温度与设定温度的差值，控制继电器，进而决定加热棒或其他加热装置的通断，实现温度控制。仪表与计算机之间通过RS232进行通讯。仪表有两种数据输入方式，一是通过键盘，二是通过计算机通信传输信息。数码管显示测得温度和设定温度。二、智能化温度测量仪硬件设计传感器采用美国ANALO G DEV ICES公司的单片集成两端感温电流源，A/D转换器采用ADC0808，单片机采用AT89C52，显示采用共阴极数码管，按键部分采用4*4键盘；利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC，读取输入的键值。2.1 单片机控制模块 因本系统要求实时显示检测值，涉及到一些计算及BCD转化的处理，同时考虑到功耗等问题，综合考虑后选择AT89C52作为本系统的中央控制器。2.2.1 AT89C52的简介AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器（FPEROMFlashProgrammable and Erasable Read Only Memory）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，在电子行业中有着广泛的应用。2.2.2单片机接线图2 单片机接线图如图2所示，晶振电路和复位电路。其中P0口用于数码管的显示。P1口用于传感器的数据采集。P2.0、 P2.1、 P2.2、 P2.3 用于键盘扫描。P3.0、P3.1用于串口通讯。P3.6、P3.7连接数码管显示位选。P3.2、P3.3、P3.4作为ADC0808的控制端。2.2 传感器检测，数据采集模块 图3 转换电路AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：a、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=1mA/K式中：Ir流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T热力学温度，单位为K。b、AD590的测温范围为-55+150。c、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。d、输出电阻为710MW。e、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。仪表使用测温范围099，通过三次运放将测温范围内电压输出转化为05V，便于检测处理。【注】由于条件有限，在仿真过程中，用滑动变阻器以及直流电压表仿真模拟量，从而代替温度采集的模拟量。如下图所示。而实际的数据采集电路在后面有介绍。 图4 15V电压代替传感器信号2.3 A/D转换模块 采用ADC0808进行A/D转换 图5 A/D转换电路2.4数码管显示模块 图6 数码管显示电路 2.5键盘扫描模块 图7 键盘扫描电路温度测量要用到很多按键，如果采用独立按键的方式，在这种情况下，编程会很简单，但是会占用大量的I/O 口资源，因此在很多情况下都不采用这种方式，而是采用矩阵键盘的方案。矩阵键盘采用四条I/O 线作为行线，四条I/O 线作为列线组成键盘，在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键。这样键盘上按键的个数就为44个。这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。为了进一步节省单片机I/O口资源，我们在设计中使用了MM74C922芯片。MM74C922是一款4*4键盘扫描IC，它可检测到与之相连的4*4键盘的按键输入，并通过数据输出口将按键相应的编码输出。其引脚图下图所示：图8 MM94C22硬件图MM74C922引脚说明：(1) Y1Y4（脚1脚4）：44键盘第一列至第四。(2) X1X4（脚11、10、8、7）：44键盘第一行至第四行。(3) DOA DOD（Dataout AD，脚1417）：按键之BCD码输出，其中DOA为LSB，DOD为MSB。(4) VCC（脚18）：电源脚，+3V+15V。ab126计算公式大全(5) GND（脚9）：接地管脚。新艺图库(6) OSC（Oscillator，脚5）：键盘扫描电路之频率所需外加电容的连引脚。(7) KBM（Keyboard Mask，脚6）：内部消除开关弹跳电路所外加电容的引脚。(8) OE（Output Enable，脚13）：芯片致能脚，接低电位可使芯片致能。(9) DA（Data Available，脚12）：数据有效输出脚。任一按键按下时，此脚位会输出高电位，按键释放后此脚又会恢复为低电位。MM74C922对各按键的响应如下表所示： 表1 MM74C922对各按键的响应表如上图7所示，在本设计中，温度测量输入键盘的4条行线、列线分别连接到MM74C922的X1-X4、Y1-Y4引脚，MM74C922的数据输出口与单片机的P2口相连，MM74C922的DA引脚经过一个非门连接到单片机的/INT0脚，当MM74C922检测到键盘输入时，DA产生高电平，与之相连的/INT0检测到低电平，给单片机一个中断，单片机从P2口的低四位读入键盘上按下的键的值。2.6上下限报警和继电器控制模块 图9 报警电路和执行器电路2.7 串口通讯模块 图10 串口通讯电路三、智能化温度测量仪软件设计3.1主要设计思路现实生活中人们熟知的温度测量仪，其功能主要如下：1.键盘输入；2.给定温度测量显示；3上下限温度测量报警。针对上述功能，温度测量仪软件程序要完成以下模块的设计：1.键盘输入检测模块；2.LED显示模块；3.上下限报警及继电器控制模块。3.2主程序流程图如下所示 图11 程序流程图3.3 分块程序设计3.3.1 读键盘状态，读键值程序/读键盘状态 uchar kbvalue(void) uchar i; BAOJING=1; P2=0x0f; i=P2&0x0f; return i; /读键值 uint kbdata(void) uchar k; k=kbvalue(); if(kGEIDING)jiare=0;elsejiare=1;if(tempHIGH)baojing=1;elsebaojing=0;GE=0;SHI=1;P0=tabletemp%10;delayms(10);GE=1;SHI=0;P0=tabletemp/10; /显示子程序1void xian1()uchar a,b;a=temp1%10;b=temp1/10;P0=0;GE=0;SHI=1;P0=tablea;delayms(10);GE=1;SHI=0;P0=tableb; 3.4看门狗的设置看门狗是恢复系统的正常运行及有效的监视管理器。 硬件看门狗是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，常用的WDT芯MAX813 ,5045, IMP 813等。52系列有专门的看门狗定时器,对系统频率进行分频计数,溢出时,将引起复位。即软件看门狗。考虑系统各功能模块及其循环次数，系统设置看门狗定时器T0定时30 ms(T0的初值为65 536-30 000=35 536)。主控程序的每次循环都将刷新T0的初值。如程序进入死循环而T0的初值在30 ms内未被刷新，这时看门狗定时器T0将溢出并申请中断。T0对应的中断向量地址(000BH)写入无条件转移命令，把计算机拖回整个程序的第一行，对单片机复位。四、总结回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。五、结束语本设计所研制的多功能智能化温度测量仪是单片机控制的智能化仪表，它的主要特点如下:1、 该仪表适用于099温度范围的测量可以进行温度的实时显示和控制。2、 该仪表选用了集成温度传感器AD590作为测温元件，该元件体积小，精度高 重要的是它的价格低廉。这样该仪表的成本就低，可以大规模生产。3、 该仪器可以多路测量，还具有报警功能和与上位机通信功能并且使用方便。4、 元器件型号与规格经仔细挑选和计算，抗干扰能力强。5、 可以在原有硬件电路上进行扩展，实现更多的功能，如：温度值打印，时钟显示，数据存储等。任何产品都有一个不断改进和完善的过程，只有在调试和使用过程中，才能知道产品实际存在的问题。六、参考文献 1 马淑华，王凤文，张美金. 单片机原理与接口技术.北京邮电大学出版社.20072 王迎旭 . 单片机原理与应用J.北京.机械工业出版社.20043 吴金戌 .8051单片机实践与用.清华大学出版社.20014 张义和，陈敌北. 例说8051. 人民邮电出版社.20105 求是科技. 单片机典型模块设计实例导航. 人民邮电出版社. 20046 谢宜仁. 单片机硬件接口电路与工程实践. 电子工业出版社. 7 彭伟. 单片机C语言程序设计实训100例-基于8051+Proteus仿真8 李萍. 51单片机C语言及汇编语言实用程序设计.中国电力出版社9 谢亮，谢晖. 例说51单片机（C语言版）. 人民邮电出版社.10 刘同法. 单片机C语言编程基础与实践. 北京航空航天大学出版社. 200911 楼然苗，李光飞，胡佳文，李良儿. 51系列单片机原理及设计实例. 2010 七、附录附录1 图12 系统结构图 附录2系统源程序：#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar shi,ge,j=0,k; uint temp0,temp,temp1,GEIDING,HIGH,LOW;sbit baojing=P24;sbit jiare=P25;sbit START=P32;sbit EOC=P33;sbit OE=P34;sbit GE=P37;sbit SHI=P36;sbit BAOJING=P35;/延时程序void delayms(uint ms) / 延时毫秒12M,ms最大值255 精确度高 while(ms-); /共阴数码管段码表uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/AD转换void ad()START=0;OE=0;START=1;START=0;if(EOC=0)P1=0xff;OE=1;delayms(100);temp0=P1;OE=0;/显示报警子程序void xianshi()P0=0;temp=temp0*1.00/255*99;if(tempGEIDING)jiare=0;elsejiare=1;if(tempHIGH)baojing=1;elsebaojing=0;GE=0;SHI=1;P0=tabletemp%10;delayms(10);GE=1;SHI=0;P0=tabletemp/10; /显示子程序1void xian1()uchar a,b;a=temp1%10;b=temp1/10;P0=0;GE=0;SHI=1;P0=tablea;delayms(10);GE=1;SHI=0;P0=tableb; /读键盘状态 uchar kbvalue(void) uchar i; BAOJING=1; P2=0x0f; i=P2&0x0f; return i; /读键值 uint kbdata(void) uchar k; k=kbvalue(); if(k10) return k; /键盘扫描 void