智能数字式温度测量报警系统

智能数字式温度测量报警系统温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。系统硬件构成及原理系统组成框图如图 1 所示。系统由 4 个外接的温度传感器及一个内部温度传感器、多通道温度传感器控制芯片、显示器、键盘电路、报警电路、抗干扰电路、单片机、通信接口及上位机组成。将温度传感器转为电信号后，经过温度控制电路交微处理器处理，最后将温度值显示并存储出来。通过键盘可以控制数据的回放，且可以通过接口与上位机进行通信。系统具有超温报警功能。(1)多通道智能温度传感器控制芯片。本系统采用 AD7417 型 5 通道精密智能温度传感器集成电路，AD7417 采用 16 引脚 SOIC 或 TSSOP 封装。AD7417 内部包括几个部分：1)内置温度传感器，它是单片带隙式，可将被测温度转换成电压信号，再经过基于电荷分配 DAC 的 10 位逐次逼近式 AD 转换器转换成数字量。2)25V 基准电压源 UREF，本系统采用外基准时，MCl403 为 25V 外基准电压源。3)多路转换器，它完成对 5 路信号的 5 选 1 工作。4)逐次逼近型 AD 转换器 (包括取样电容、电荷平衡比较器、时钟振荡器、控制逻辑和电荷分配式 DAC)。在对模拟信号取样时，UIN 经过 SW2 对取样电容 C 进行充电，C 上储存电荷。在对该电荷进行取样时，末位数值为 12LSB。(1LSB 的大小等于 UREF1024=251024=244mV)AD 的转换以 CONVST 信号上升沿开始，以 CONVST的下降沿结束。在自动转换模式下，读、写操作时会自动启动 AD 的转换；操作结束后，跟踪保持电路经过 3s 后进入保持模式，并开始下次转换。跟踪保持时间为400s。AD 的转换时间由内部提供，不需外部时钟。5)内基准转换开关(Sw1)完成内、外基准的转换。6)数据比较器、数据输出电路、I2C 接口、故障排队计数器电路，完成数据传输、处理等。7)内部有 7 个寄存器：温度数据寄存器、地址指针寄存器、下限温度 tHYST 寄存器、上限温度 tOTI 寄存器、ADC 寄存器、配置寄存器 1 和配置寄存器 2。(2)主要电路。AD7417 与外接传感器电路连线图如图 2 所示，外接温度传感器采用LM35。它的灵敏度为 10mV，常温测量精度在土 05之内，自身发热对精度影响在01以下，用运放 LM6134 产生两倍的增益，使外接传感器的输出电压满足 AD7417 的模拟通道输入要求。单片机与其他电路的连线如图 3 所示，单片机选用 AT89C52，AT89C52 是一种低功耗、高性能的 CMOS 型 8 位微型计算机，它有 8K 字节 Flash，256 字节 RAM，32 线 I/O 口，3 个16 位定时计数器，6 向量两极中断，一个双工串行口，具有片内自激振荡器和时钟电路等标准功能。此外，AT89C52 设有静态逻辑，用于运行到零频率，并支持软件选择的节电运行方式和空闲方式使 CPU 停止工作，而允许 RAM、定时计数器、串行口和中断系统继续工作。在掉电方式下，片内振荡器停止工作，由于时钟被冻结，一切功能都停止，只有片内 RAM 的内容被保存，直到硬件复位才恢复正常工作。显示器为 EDM1601，它是 16 列 x 1 行的液晶显示器组件，与 CPU 接口简单、功耗低、编程方便。键盘部分设计 4 个键完成测量、传送、回放、通道选择等功能，操作方便。接口用 MAXIM 公司的 MAX232，利用 89C52 本身的全双工串行接口，连接 MAX232，变为标准的 RS232 通信协议，直接与上位机的异步通信接口适配器的 RS232 口连接，将现场采集的数据传送到上位机。抗干扰电路为 X25045 芯片，它有看门狗定时器、电压监测、E2PROM 三种功能。看门狗电路在系统出现故障，程序“跑飞”时，它会产生复位信号，使系统复位。电压监测可以保护系统免受低电压状态的影响，当 Vcc 降到最小 Vcc 转换点以下时，系统复位，一直到 Vcc 返回且稳定为止。存储器部分是 CMOS型的 4096 位串行 E2PROM，内部按 512 x 8 排列，可存储 512 个字节，它可以用于存储温度等一些数据。AD7417 的 OTI 输出用来指示己发生的超过温度极限的事件，它是漏极开路输出。当其配置寄存器 2 中的 D2 位设置为 0 时，OTI 端被编程为低电平有效。由555 定时器组成多谐振荡器，当 AD7417 的 OTI 端输出为低电平时，多谐振荡器处于振荡工作状态，报警电路产生声光报警信号。将 OTI 端输出配置成比较模式(将配置寄存器中的 D1 位置 0)。在这种模式下，当温度超过 TOTI 时 OTI 输出有效，并一直保持到温度降到 tHYSY 以下为止。系统软件设计软件设计包括上位机部分与单片机部分。上位机软件用 BORLANDC+编写，主要完成数据采集、记录查询、报警等功能。单片机程序部分采用模块化程序设计方法，采用汇编语言编写，有初始化程序、主控程序、操作键盘管理程序、数据采集及处理程序、显示程序、数据通信程序、报警功能块等。整个单片机部分的软件运行由主控程序操作完成，是整个系统的总调度，负责整个系统的控制和各个子程序的调用。系统通电后，先对单片机及外围芯片的内部资源进行初始化设置和自检工作，在正常情况下(不正常，则显示出错信息)，提示操作人员输入命令，根据操作员的命令调用相应的子程序模块。数据采集与处理模块完成数据的采集与管理工作，负责通知 CPU 读取转换数据，对各路温度值进行检测，并进行数据处理、显示、存储等工作，为了消除外接模拟通道中的随机干扰，在数据处理中采用了算术平均值滤波法。显示程序完成测量结果的显示、数据的回放显示等功能，可显示时间及各路的温度值。本系统由于采用了智能温度传感器 AD7417，它的转换速率极快。它带有 I2C 总线接口，进行读、写操作非常简便。它具有数字化输出，可测量远距离点温度。系统具有微型化，微功耗，测量精度高，功能强大等