高精度温度测控系统的设计.doc

本科学生毕业论文（设计）题目(中 文):高精度温度测控系统的设计(英 文):Design of a High-accuracy Temperature Measurement and Control System 姓 名 学 号 院 （系）电子工程系专业、年级电子信息工程 级指导教师 I湖南科技学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 29 毕业论文（设计）任务书课题名称：高精度温度测控系统的设计学生姓名： 系 别：电子工程系专 业：电子信息工程指导教师： 湖南科技学院本科毕业论文（设计）任务书1、主题词、关键词： 热敏电阻；温度采集；A/D转换；单片机2、毕业论文（设计）内容要求：(1) 系统概述；(2) 总体方案设计与选择论证(3) 主要器件介绍(4) 各功能模块电路原理图及工作原理分析(5) 软件设计(6) 程序及功能说明(7) 系统仿真(8) 总结3、文献查阅指引：(1) 通过学校图书馆查阅相关资料；(2) 通过互联网在各论文期刊网上搜索相关资料；(3) 指导老师提供的资料以及各权威网站；(4) 同学提供的资料。4、毕业论文（设计）进度安排：第一阶段：2012年11月1日，选题；第二阶段：2012年12月25日，开题；第三阶段：2013年4月8日，毕业论文中期检查；第四阶段：2013年4月20日，写出论文初稿；第五阶段：2013年5月8日，毕业论文定稿；第六阶段：2013年5月18日，完成论文答辩。教研室意见： 负责人签名： 注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书论文（设计）题目高精度温度测控系统的设计作 者 姓 名刘 朋所属系、专业、年级 电子工程系 电子信息工程专业 2009年级指导教师姓名、职称张新安 教授预计字数10000开题日期2012.12.25选题的根据：1）说明本选题的理论、实际意义2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解温度是人们在日常生活中接触最密切的表征物体冷热程度的物理量，它与人们的生活、动植物的繁衍生息、科学研究及工农业生产息息相关，特别是在生产自动化、生产安全、医疗保健和环境保护等行业中是基本的检测参数之一，故研究温度数据采集与控制系统具有很好的现实意义。在传统的温度控制系统中，对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温原件、测温方法以及对温度的控制方法也将不同，产品工艺不同、温度控制的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而对温度的控制方法多种多样。因此我们需要一个更加简单、高效、稳定、适用性好的控制系统。近年来，国内基于单片机的温度控制系统在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性等方向迅速发展。但比起国外，我们仍处于起步晚、高度低，技术创新能力薄弱的状况。技术密集型产品明显落后于发达工业国家，自主研发产品少，缺乏核心技术是硬伤。欧美和日韩的技术最为成熟，几乎霸占整个智能市场并制定了相关行业标准，其技术革新、产品换代，使之功能、精度安全性都得到不断创新。主要内容：(1) 列举几种典型温控系统的设计方案，并对各种方案的设计原理及优缺点进行分析。(2) 依据上述优缺点的分析，提出一种结构简单、成本合理的、基于AT89C51单片机的温控系统的设计方案。并从理论上证明其可行性。(3) 系统的硬件设计：包括主控模块、测温模块、A/D转换模块、键盘与显示模块、通信模块、报警模块等的设计。(4) 对各硬件电路模块进行分析、数据计算等得出具体原理图及各详细参数。(5) 系统的软件设计：包括主控程序部分、温度报警程序部分、按键扫描程序部分等的设计。(6) 对电路进行仿真、调试并对数据进行误差分析，从而验证此方案的可行性。(7) 本方案的缺点和待改进之处。(8) 结束语及附录（程序清单及参考文献）。研究方法：1. 查看相关资料并对资料进行理论分析总结，理清整个设计的思路；2. 与同学讨论，向老师请教，深入对设计的理解；3. 以具体问题为中心,建立数学模型及分析方法；4. 通过实验仿真测试，对自己提出的方案进行陈述、论证、总结完成期限和采取的主要措施：2012年12月25日开题，2013年5月8日定稿，2013年5月18日前完成答辩；1. 通过实际事情提出问题,查阅资料,找出问题所在；2. 与老师、同学交流,及时向老师汇报进度；3. 查找资料,深入思考,提出方案,解决问题4. 通过模拟仿真形式验证方案可行性及正确性主要参考资料：1 张新荣. 基于单片机的多路温度监测系统设计J .工业控制计算机,2010, 23(7) : 95-98.2 杨伟伟. 浅谈基于单片机的温度测控系统设计J . 信息与电脑: 理论版, 2010(2) : 50-51.3 马国华. 监控组态软件及其应用M . 北京: 清华大学出版社, 2005: 235-238.4 刘卫民. 集成温度传感器DS1820 原理及应用J . 黑龙江科技信息2008(21) : 52.5 张立科. 单片机典型外围器件及应用实例M . 北京: 人民邮电出版社, 2006: 127-130.6 李虹, 温秀梅, 高振天. 基于MSP430 单片机和DS18B20 的小型测温系统J . 微计算机信息, 2006, 22( 2) : 137-1387 张建波,韩崧.浅谈温度测量的发展现状J.计量与测试技术, 2001 , (2) : 14-15.8 王魁汉.温度测量技术的现状及展望J .基础自动化, 1997, (1) : 12619 王皓然, 王锐, 胡明祥. 多路温度监测系统的设计多路温度监测系统的设计J.机电信息 2011,(18) : 185-192.10 Zharkov.I.Podolich,V.A Temperature-ControlledSystem for Optical Microscopy in the Temperature Range800KJInstruments and Experimental Techniques2005, 48(5) .686-689 11 Koechner WSolid-tate laser engineeringM. Springer Science + Business MediaInc，2006: 51.指导教师意见：指导教师签名： 教研室意见：签 名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时间 2012.12.25地点 3-103教室与会人员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）张新安教 授潘海军高级实验师李 荣讲 师唐 云讲 师梁晓琳讲 师张 丹硕 士会议记录摘要：1、论题研究的意义：传统的温度检测仪器品种很多，但均存在以下两个问题：一是在对被测物体的温度进行读数时，需要将测温仪器暂时离开被测物体，人的肉眼再进行观察读数。因此存在测量可靠性不强，精确度低，读数欠直观等缺点；二是测温范围比较小，一般为0100，不能适用于工农业中对较高温度物体的检测。而基于AT89C51的高精度温度测量系统能较好的解决以上传统的温度检测仪器在测量温度时的不足。2、论题的国内外研究现状目前, 国内十分重视温度测量系统方面的研究，这使得温度测量系统的研究得到进一步的发展。其方案主要有基于Linux系统+ARM嵌入式系统的方案，该方案原理简单、体积小、易于扩展，但缺点是ARM相对复杂，且系统造价较高，不利于大规模推广；又如以单片机为核心，多个DS18B20在一条总线上工作的多路控制方案，设计灵活简单，适于推广，但不足之处是测温范围较小。而国外，尤其是欧美和日韩，已经在智能领域，取得了先于我们的进展，片上系统已成为其新的研究方向。会议主持人：记 录 人：年 月 日指导小组意见 负责人签名： 年 月 日系 部 意 见 负责人签名：年月日注：此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份湖南科技学院毕业论文（设计）中期检查表毕业论文（设计）题 目高精度温度测控系统的设计学生姓名刘 朋学 号200806002232系 别电子工程系专 业电子信息工程指导教师张新安检查日期2013.4.8指导教师检查情况记载及修改意见：检查情况记载：1 已查阅各种相关资料，对相关知识有一定的了解和掌握。2 论文内容较为合理；3 介绍现有技术过多，创新性欠佳；4 图纸、表格较多为复印件；5 参考文献书写不规范；修改意见：1 内容比较少，需要增加内容；2 注意论文格式，请参照湖南科技学院毕业论文设计模版；3 参考文献按照学校的规范写，同时在正文中出现的位置以上标的形式标出，参考文献要求10篇以上，且其中要有2篇以上的外文参考文献；4 尽量突出说明你自己所做的工作，突出自己的独特之处；5 摘要内容应包括研究的目的、方法、结果和结论；6 图用Visio绘制，复制到论文的Word文档中；7 按照毕业论文撰写规范排版。8 图、表都要采用上下包围型插入；将多余的部分剪去，居中，大的图纸压要缩到与页面的文字等宽。签名： 注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。湖南科技学院毕业设计（论文）指导过程记录表毕业论文(设计)题目高精度温度测控系统的设计学生姓名刘 朋学号200806002232专业班级电信0904指导教师张新安职称教 授系(教研室)电子工程系指 导 过 程 记 录指 导内 容记 录(一)选题指导：根据自己所学专业和特长，选选择一个通过查阅资料和自己的努力，既能做得来又有一定深度，能反映出自己学术水平的题目。学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日指 导内 容记 录(二)查阅资料指导：1、到图书馆查找和借阅与选题有关的文献和资料；2、从网上检索和下载与选题有关的文献和资料；学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日指 导内 容记 录(三)论文开题指导：1、题目应该简短、明确、有概括性；2、摘要内容应包括研究的目的、方法、结果和结论；3、关键词应采用能覆盖论文主要内容的通用词条；4、正文一般应包括绪论、论文主体及结论等部分。5、结论是毕业论文的总结，要求精炼、准确地概述全文的主要观点。学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日指 导内 容记 录(四)论文写作指导：主体的内容应包括以下几个方面：1、毕业论文总体方案设计与选择的论证。2、对本研究内容进行较全面、客观的理论阐述，应着重指出本研究内容中的创新、改进与实际应用之处。学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日指 导 过 程 记 录指 导内 容记 录(五)论文中期检查指导：1、加强对选题核心思想的理解；2、参考更多的资料，丰富论文内容；3、尽量突出说明你自己所做的工作，突出自己的独特之处。学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日指 导内 容记 录(六)论文初稿修改指导：1、将不清晰的图纸用Visio重绘；2、图、表都采用上下包围型插入，将多余的部分剪去，居中，压缩到与页面的文字等宽；学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日指 导内 容记 录(七)论文定稿修改指导：1、按照毕业论文撰写规范排版；2、参考文献按照学校的毕业论文撰写规范写，同时在正文中出现的位置以上标的形式标出，要有2篇以上外文参考文献。学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日指 导内 容记 录(八)论文答辩指导：1、制作一个能反映论文主要内容，可放映510分钟的ppt 演示文稿，作答辩陈述用。2、掌握研究内容的实际意义、创新、改进和特色之处，设计原理、工作过程等主要内容。学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日答辩小组组长意 见组长(签名)： 年 月 日注：本表与毕业论文一起装订存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）评审表论文题目高精度温度测控系统的设计作者姓名刘 朋所属系、专业、年级电子工程 系 电子信息工程 专业 2008年级指导教师姓名、职称张新安 教授字 数10000定稿日期2013.5.8中文摘要以单片机AT89C51为核心，热敏电阻PT100和集成运放芯片LM358构成热电偶测温电路系统。整个设计围绕外界温度变化的采集、显示和控制来进行探讨，阐述了高精度测温系统设计的软硬件处理技术。测试结果表明，测温通道的温度测量范围为0+600，测温误差不超过0.1，具有显示温度、蜂鸣器报警，控制温度报警门限值调节装置等功能。与传统测温仪器和测温系统相比，该电路精度更高，测温范围更广，读数直观方便。该系统经过扩展还能同时对多个物体进行温度测量以及对环境温度进行调节。 关键词（3-5个）热电阻；温度采集；A/D转换；单片机英文摘要Design a single-chip AT89C51 as the core, thermal resistance PT100 and integrated op chip LM358 make up the thermocouple temperature measurement circuit system. the system discussed the collection of outside temperature variation ,display and control.It also discussed the software and hardware processing technology of the high accurary measuring-temperature system.The testing result shows :the temperature that can be detected range from 0 to 600 of temperaturing channel , minimum error less than 0.1, the system have some function include temperature can be showed by LCD1602, buzzer alarming, Control temperature adjusting device ,etc. Compared with the traditional temperature measurement instruments and temperature measuring system, this design realized higher precision and higher measuring range ,convenient to read the figures. multiple objects can be measured at the same time, and it can also adjust the temperature control device through some expansion.关键词(3-5个)thermal resistance；temperature collection；A/D transformation；single-chip指导教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分指导教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 指导教师评审意见： 指导教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。评阅教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分评阅教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 评阅教师评审意见： 评阅教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表论文题目高精度温度测控系统的设计作者姓名刘 朋所属系、专业、年级电子工程系 电子信息工程专业 2009年级指导教师姓名、职称张新安 教授答 辩 会 纪 要时间2013.5.18地点3-103教室答辩小组成员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）张新安教 授潘海军高级实验师李 荣讲 师唐 云讲 师梁晓琳讲 师张 丹硕 士答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：1 为什么选用PT100进行温度采集？答：本设计初衷是设计一个精度高、测温范围广、稳定高效且性价比高的系统，而PT100的精度能精确到0.1，测温范围为0 +600，其三线制设计相较于普通二线制设计的热敏电阻具有更可靠的稳定性，其低廉的价格和相对高效的性能使之具有较高的性价比。所以采用PT100能够在满足设计要求的条件下节省成本，便于推广。2 键盘电路的每个键能实现什么功能？答：按键电路的设计可以方便的对报警温度进行设置。通过按键K3，K4 可以对报警温度进行设置，当按下K3按键时，将报警温度上调1。当按下K4按键时，将报警温度下调1。会议主持人：记 录 人：年 月 日答辩小组意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日系学位委员会意见评语：论文（设计）最终评定等级：负责人（签名）： 系部（公章） 年月 日校学位委员会意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年月 日目 录绪论11 系统总体设计31.1 系统设计要求31.2 系统设计原则31.3 系统的组成与工作原理42 硬件电路设计52.1 主控制电路设计52.2 测温电路设计62.3 A/D转换电路设计72.4 液晶显示电路设计82.5 通信电路设计92.6 温度报警电路设计102.7 按键电路设计113 软件设计123.1 主程序设计123.2 温度报警程序设计133.3 按键扫描程序设计134系统调试与仿真14结论18参考文献19附录A20附录B21致 谢28插图索引图1.1系统总体结构图4图2.1主控制电路图6图2.2 测温电路图7图2.3 A/D转换电路图8图2.4 显示电路图9图2.5 串口通信电路图10图2.6温度报警电路图10图2.7 按键电路图11图3.1 主程序流程图12图3.2 温度报警程序流程图13图3.3 按键扫描程序流程图13图4.1 当前温度显示仿真图15图4.2 温度报警仿真图16图4.3 报警温度调节仿真图17高精度温度测控系统的设计摘 要以单片机AT89C51为核心，热敏电阻PT100和集成运放芯片LM358构成热电偶测温电路系统。整个设计围绕外界温度变化的采集、显示和控制来进行探讨，阐述了高精度测温系统设计的软硬件处理技术。测试结果表明，测温通道的温度测量范围为0 +600，测温误差不超过0.1，具有显示温度、蜂鸣器报警，控制温度报警门限值调节装置等功能。与传统测温仪器和测温系统相比，该电路精度更高，测温范围更广，读数直观方便。该系统经过扩展还能同时对多个物体进行温度测量以及对环境温度进行调节。【关键词】热敏电阻；温度采集；A/D转换；单片机Design of a High-accuracy Temperature Measurement and Control SystemAbstractDesign a single-chip AT89C51 as the core, thermal resistance PT100 and integrated op chip LM358 make up the thermocouple temperature measurement circuit system. the system discussed the collection of outside temperature variation ,display and control.It also discussed the software and hardware processing technology of the high accurary measuring-temperature system.The testing result shows :the temperature that can be detected range from 0 to 600 of temperaturing channel , minimum error less than 0.1, the system have some function include temperature can be showed by LCD1602, buzzer alarming, Control temperature adjusting device ,etc. Compared with the traditional temperature measurement instruments and temperature measuring system, this design realized higher precision and higher measuring range ,convenient to read the figures. multiple objects can be measured at the same time, and it can also adjust the temperature control device through some expansion.【Key words】AVS-M; video coding; sub-pixel motion estimation; prediction vector绪论传统的温度检测仪器在读数时，需要将测温仪器暂时离开被测物体，人的肉眼再进行观察读数。因此存在测量可靠性不强，精确度低，读数欠直观，等缺点。而基于AT89C51的高精度温度测量系统能较好的解决以上传统的温度检测仪器在测量温度时的不足。在工农生产中，许多产品对温度范围要求严格，不仅要求对温度进行不断的测量，还要能够对温度进行控制。在一些高精尖领域，如航天领域对温度的检测和控制要求更加严格。传统的温度检测仪器功能简单，可靠性不强，精确度低，读数欠直观，可测范围小。普通的温度检测仪器品种很多，但均存在以下两个问题：一是在对被测物体的温度进行读数时，需要将测温仪器暂时离开被测物体，人的肉眼再进行观察读数。测量可靠性不强，精确度低。二是测温范围比较小，一般为0100，不能适用于工农业中对较高温度物体的检测1。而基于AT89C51的高精度温度测量系统设计能够很好的克服上述缺点。温度测量方法有很多, 也有多种分类。大致可以分为两大类：接触式测温方法和非接触式测温方法。其中接触式测温方法又包括膨胀式测温、电量式测温和接触式光电、热色测温等方法。非接触式测温方法主要包括辐射式测温、光谱法测温、激光干涉式测温以及声波测温方法等2。由于各种测温原理的不同，所以使用的测温仪器也各不相同。俄罗斯利用声速在气体中与温度的关系, 研制了电声气体温度计, 在2 K273 K温度范围内测定热力学温度的误差约为0.01,并可得到0.001K0.0005K的复现性。与传统的测温仪器相比，这类测温仪器，具有可靠性强，精度高的优点，但是由于此类测温仪器对材料的要求较高，所用仪器价格较高,不能得到广泛的使用。目前国内十分重视温度测量系统方面的研究，这使得温度测量系统的研究得到进一步的发展，如安徽大学的何宗虎等人提出的基于单片机的高精度温度测量系统采用AT89S52芯片，DS18B20温度传感器，数码管显示温度，整个系统具有结构简单, 测量精度高, 传输距离远的特点，但是数码管显示温度会造成温度显示不清晰的情况3。如江苏大学的李丹丹等人提出的基于ARM 的多路温度监控系统的设计。基于Linux 操作系统在ARM 嵌入式系统上的通用多路工业温度控制系统。以ARM9 为控制器,运用分时选通进行采温,可控硅调节方式控温, 并采用改进型极限环法进行PID 算法参数整定。该方案原理简单、体积小、易于扩展。不足之处是ARM相对较复杂，整套系统造价较高，不适合广泛推广4。又如中北大学的胡皓然等人提出的多路温度监测系统的设计，以80C51 单片机为核心，多个DS18B20 在一条单总线上工作，完成对温度的实时监测和超限报警任务，设计简单灵活，适于推广，不足之处是测温范围较小5。 本设计基于AT89C51的高精度测温系统设计，温度信号采集以PT100作为测温探头，可靠性高，测温误差不超过0.1，测温范围为0 +600。采集的信号经过集成运放LM358放大后通过A/D转换器转换输入到单片机，单片机对信号进行处理后将读数和温度显示到LCD1602液晶屏，读数方便直观，还具备报警功能，通过扩展口可对温度调节装置进行控制。1 系统总体设计1.1 系统设计要求系统要完成的设计功能如下：1、实现对温度参数的实时采集，测量温度：根据测量空间或设备的实际需要，由温度传感器对关键温度敏感点进行测量，由单片机对各路数据进行循环检测、数据处理、存储，实现温度的测量。2、实现超限数据的及时报警。测温范围： 0600测温精度：正负0.11.2 系统设计原则要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。l、可靠性高可靠性是单片机系统应用的前提，在系统设计的每一个环节，都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑：使用可靠性高的元器件；设计电路板时布线和接地要合理；对供电电源采用抗干扰措施；输入输出通道抗干扰措施；进行软硬件滤波：系统自诊断功能等。2、操作维护方便在系统的软硬件设计时，应从操作者的角度考虑操作和维护方便，尽量减少对操作人员专用知识的要求，以利于系统的推广。因此在设计时，要尽可能减少人机交互接口，多采用操作内置或简化的方法。同时系统应配有现场故障诊断程序，一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位，以便进行维修。3、性价比单片机除体积小、功耗低等特点外，最大的优势在于高性能价格比。一个单片机应用系统能否被广泛使用，性价比是其中一个关键因素。因此，在设计时，除了保持高性能外，尽可能降低成本，如简化外围硬件电路，在系统性能和速度允许的情况下尽可能用软件功能取代硬件功能等。1.3 系统的组成与工作原理以单片机为控制核心，采用温湿度测量，通信技术，误差修正等关键技术，以温度传感器作为测量元件，构成温度测量系统。该系统，可分为温度测量电路，A/D转换及滤波电路，显示电路，报警电路，见图1.1。选用的主要器件有：温度传感器PT100铂电阻，AT89C51单片机，12位的A/D转换器TLC2543，LCD1602液晶屏显示。图1.1主控制电路图测温电路采集外界温度数据，并将采集到的数据经过集成运放LM358放大后再通过12位的A/D转换器TLC2543转换成数字信号传给单片机，单片机将接收到的数据转换处理后，传送给液晶显示电路进行显示，同时判断当前所测得的温度是否超过温度门限值，若超过则温度报警电路工作，否则温度报警电路不工作。图1.1系统总体结构图本系统以单片机AT89C51为核心，数据采集、显示、报警以及上传至计算机进行数据处理都要通过单片机。数据采集通过铂电阻温度传感器PT100完成；将采集的数据经过放大及A/D转换后通过单片机进行处理；由LCD1602液晶显示实时接收的数值；当测量的温度超出预警值时，温度报警电路将发出相应的报警指示。在这个系统中单片机部分采用语言为汇编和C语言混合编程，计算机部分采用VC+。2 硬件电路设计本系统由温度采集电路、A/D转换电路、主控电路、温度报警电路、液晶显示电路，串口通信电路，按键电路七个部分组成。其中温度采集电路，将采集所测量环境温度信号，同时通过集成运放将采集的信号放大，A/D转换电路将采集的模拟信号转换为数字信号，再输入到单片机进行相应的处理。液晶显示电路显示温度测量仪器当前所测得的温度，温度报警电路提供报警信息，预示当前温度已经超过设定温度的门限值。串口通信电路为单片机程序的烧录和修改提供了方便。按键电路为特定的观察需要提供了方便，通过按键可以设置温度报警的门限值。系统总电路图见附录A。2.1 主控制电路设计单片机作为主控制电路的核心，全部的控制都靠它来完成。从功能和价位以及本题目要求来看，我们选择的AT89C51是一带有2K字节快闪可编程可擦除存储体(EEPROM)的低电压、高性能8位CMOS微型计算机。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和快闪存储器，ATMEL公司生产的AT89C51是一强劲的微型计算机，它对许多嵌入式控制的应用，提供了一种高度灵活和成本低的解决办法。ISP在系统可编程，无需专用编程器，可通过串口直接下载程序，内置看门狗，通用IO口最多可达36个，共有4个16位的定时器，外部晶体和内部RC振荡源可以进行选择，在ISP下载程序时可以进行设置6。在AT89C51的引脚端XTAL1和XTAL2跨接晶振CRY1（11.0592MHz或12MHz）和电容C1、C2（30pF）构成单片机时钟电路。主控制电路图如图2.1所示。图2.1 主控制电路图2.2 测温电路设计 本设计采用铂电阻测温，故需设计高精度的测温电路。考虑温度测量数据的可靠性和精确性以及测温范围广（0+600）的要求，故选用铂电阻PT100和放大器LM358组成热电偶测温电路，其中热电阻的测温范围为（0+600）。放大器LM358是一款低成本，高精度仪表放大器。它具有低功耗(最大工作电流为1.3mA),低输入偏置电流（最大值为1.0nA）的特点7。综上本设计可靠性强，测量精度高，使测量的理论温度达到了设计要求。测温电路图如图2.2所示。图2.2 测温电路图2.3 A/D转换电路设计在单片机控制系统中，控制或测量对象的有关变量，往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、位移、速度等物理量。但是大多数单片机本身只能识别和处理数字量，因此必须经过模拟量到数字量的转换(A/D转换)，才能够实现单片机对被控对象的识别和处理。完成A/D转换的器件即为A/D转换器。A/D转换器的主要性能参数有：(1) 分辨率表示A/D转换器对输入信号的分辨能力。A/D转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示；(2) 转换时间指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。不同类型的转换器转换速度相差甚远；(3) 转换误差表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别，常用最低有效位的倍数表示；(4) 线性度 线性度指实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移。目前有很多类型的A/D转换芯片，它们在转换速度、转换精度、分辨率以及使用价值上都各具特色，其中大多数积分型或逐次比较型的A/D转换器对于高精度测量，其转换效果不够理想8。温度控制中A/D转换是非常重要的一个环节。传统的电路设计方法是在A/D转换前增加一级高精度的测量放大器，这样就增加了成本，电路也较为复杂。综合考虑，本系统选用12位AD转换芯片TLC2543作为本温控系统的A/D转换器。A/D转换电路图如图2.3所示。图2.3 A/D转换电路图2.4 液晶显示电路设计 显示的方式很多，主要分为两类：LED 显示，LCD显示。前者显示亮度高，制作成本低，适合做远距离显示，但由于其耗电较大，所用端口随显示的数据位数增加而增加。如果采用动态扫描方式显示，则占用CPU的时间，如果采用静态显示则需要加锁存器，耗费硬件制作时间，就该题目要求来说，需要显示两路不同的温度和工作状态，以及温度变化曲线，若采用LED显示则电路结构较复杂，且不容易显示温度变化曲线，从上面诸多不利因数来看，采用LCD显示比较理想。LCD最常用的有1602液晶模块和12864模块。虽然由于1602只能显示字母和阿拉伯数字，但是价格便宜，当今完全可以实现显示功能。而12864是图形点阵,能够显示图形和汉字,当然也可以显示字母和阿拉伯数字,但是价格昂贵。综合上述因素，液晶显示电路选用型号为LCD1602的显示器件。显示电路图如图2.4所示。图2.4 显示电路图2.5 通信电路设计 串口通信电路主要由MAX232芯片和母头卧式的DB9直插座构成，MAX232芯片实现了单片机TTL电平到电脑RS232电平之间的转换，即把TTL电平从0V和5V转换到3V-15V或-3V- -15V之间。从而可以方便的对单片机进行程序烧录。串口通信电路如图2.5所示。上半部分电容C34，C37，C35，C38 ，及V+,V- 是电源变换部分。由于器件对电源噪声很敏感，因此VCC必须要对地加去耦电容C36， 其值为0.1uF(104P),电容C34，C37，C35，C38 应取1.0uf/16V的电解电容，经大量实验及实际应用，这4个电容都可以选用0.1ufde 非极性瓷片电容代替1.0uf/16V的电解电容，且四个电容设计时应靠近MAX232芯片，以提高抗干扰能力。其数据传输