大型机械部件工作温度巡检仪

专科电气自动化电气111三年梁纯图书馆收藏中图分类号密级UDC编号毕业设计设计题目名称大型机械部件工作温度巡检仪学生姓名专业名称_班级_学制_学号_学历层次_指导教师_评阅人_论文（设计）提交日期论文（设计）答辩日期江苏建筑职业技术学院毕业设计成绩评定书专业、班级电气111姓名日期1、设计题目大型机械部件工作温度巡检仪2、设计指导教师（签名）3、设计评阅人（签名）评阅日期4、评定意见及成绩摘要众所周知温度是一个常见的物理量，生活中我们离不开它，所以大型机械部件的温度检测也不例外，温度过高会是零部件烧坏，所以我们要做一个大型机械部件温度巡检仪，它是用PT100铂热电阻作为温度感测元件进行的设计与实现，根据铂热电阻在0到100摄氏度的阻值变化，采用三线制的连接本系统使用STC单片机，STC单片机自带电压/电流转换，使用起来很方便。这次的设计主要由铂热电阻做成的PT100、STC单片机等构成，将外界温度通过一系列转换最后变成液晶显示的数据，这最后做成的温度巡检仪可以测量大型机械部件工作温度，从而实现对机械部件的保护，防止温度过高对器件造成损坏。关键词PT100铂热电阻，三线制，单片机，大型机械部件目录第1章概述1第2章PT100铂热电阻221PT100设计原理222PT100传感器的结构223传感器的基本功能324PT100测量电路4241三线制4242PT100测温电路原理图5243PT100的分度表（0100）625铂电阻在温度测量中的不足及解决6第3章系统硬件设计831硬件电路构成832单片机选型933STC单片机的功能1034放大单元1135总线输出单元1236LCD1602的功能和优点1337大型机械部件简介14第4章系统软件设计1541总线输出子程序1542显示子程序23结束语29致谢30参考文献31第1章概述本设计是由铂热电阻作为材料做成的PT100，选用三线制的连接方法做成了测温电路，PT100铂热电阻具有测量范围大，稳定性好，示值复现性高和耐氧化等优点，它将电压信号转换为0到20毫安的电流信号，经过A/D转换把信号转换为数字信号，经由单片机处理，最后在液晶上显示数据。在工业上，这种由PT100做成的温度巡检仪非常常见，在大型机械部件上也用这种来测量其工作温度。虽然我们用各种理论，设计出了它的图稿，包括各种原理图，和编程。我们所研究的这个常见并适用于各个领域。第2章PT100铂热电阻21PT100设计原理我们这次课题选用了铂（PT）作为材料，因为铂比大多数的金属的性能都好并且对温度的响应特性好。PT100是铂热电阻它的电阻值会随温度变化。PT后的100的意思是它在0到100时候，它的电阻值上升的大小。它的工业原理若PT100在0的时候电阻值为100，他的电阻值会因为温度的升高而变大，属于匀速增长。PT100它的温度系数是39103/，根据我们做试验考证，从它在0100电阻的变化可以算出它的电阻率是03851/，由此可见，PT100的温度范围为200650，稳定性较高。22PT100传感器的结构PT100传感器的结构有3种如图11,12,13。3种接法各不一样，但我们选择了三线制接法。图21PT100二线制接法图22PT100三线制接法图23PT100四线制接法我们通过对电路的理解，三线制接法是非常符合这次设计即大型机械部件温度巡检仪的内部的接线。23传感器的基本功能传感器是利用各种物理、化学、生物现象将非电量转换成电量的器件，处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制系统之首。实际上，传感器对人们来说并不陌生，在生活和生产中都可以看到他们的身影，如光控节能开关中的光敏电阻等都是传感器。传感器实际上是一种功能模块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号，然后再利用后续装置或电路对此电信号进行处理。他是实现自动检测和自动控制的首要环节，是自动控制的核心技术。本次我们使用PT100作为传感器。在自动检测和控制系统中，传感器技术对系统各项功能的实现起着重要的作用，系统上网自动化程度越高，对传感器的依赖性就越强。传感器检测涉及的范畴很广。传感器是材料学，力学、电学磁学、化学、测量技术等等领域。传感器大都要在现场工作。现场的条件往往是难以充分预料的，有事又是极其恶劣的。各种外界因素会影响传感器的精度和性能。为了减小测量误差，保证其原有性能，就应设法削弱或消除外界因素对传感器的影响。有2中方法可以解决，第一种就是减小传感器对影响因素的灵敏度。第2种就是降低外界因素对传感器实际作用的程度。大多数的传感器为非线性。在实际应用中，为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系，因此引入各种非线性补偿环节，从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性。但是如果传感器的非线性不明显，输入量变化范围较小时，可用一条直线近似代替实际曲线的一段，使传感器输入/输出特性线性化。24PT100测量电路241三线制我们采用了三线制的电路组成了PT100的测量电路，如下图24所示A示意图（B）等效原理图图24三线制线路图要求引出的三根导线均相同，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，完全消除导线电阻的影响采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。242PT100测温电路原理图由上图25我们可以看出这个测量电路不是太复杂，我翻阅了资料，并且使用了PROTEL99SEEDA软件画出了原理图。图25PT100测温电路243PT100的分度表（0100）表1PT100分度表012345678901001004710088101261016510204102431028410322103641010391042610459104941053810573106141065110705107342010779108141087410893109361097511014110531109211127301116711205112441128611328113671139211434114731151740115541159211634116771170411747117831182511869119065011941197612019120541209812135121721220212247122626012324123631240512433124751251312555125921263912664701270712743127821282612867128961293412973130131305780130891312313166132081324513283133121335713398134329013461350513537135881362313665136921373213776138191001385138821392613968140021403714078141121415814193由上表1可见PT100的精度比较高稳定性比较好，工作范围在200650左右。25铂电阻在温度测量中的不足及解决虽然说之前的实验也说明了铂电阻的阻值变化有规律是线性的，但也不可避免的会出现一些误差，我们不得不采取一些措施活动。在实验中，我们发现根据数据所打出的图形并不是一条直线。为了校正铂热电阻PT100的非线性，对于铂热电阻。很显然是正反馈。而我们常常大多用不平衡单臂电桥的桥臂引入正反馈，如图（26）所示有源单臂电桥。图26有源线性电桥第二种方式是将与输出成正比的信号引入到桥臂B点，从而形成正反馈,如图27所示图27加入正反馈电路PT100作为我们所选用的测温部件，或多或少会出现一点误差，虽然这点误差不会影响大体的功能，PT100测量并显示的不一定是真正上的数值，因为温度上去了，铂热电阻自身的阻值会出现变化，这样就造成了误差。其次PT100内也有内阻，这样会对测量结果造成一些干扰。我们没有办法估算温度对于引线阻值带来的影响，从而给测量带来的我查，因此我们必须采用一定的技术来消除掉引线附加的阻值，因此提高我们测量的精确度，大大减少测量的误差。在实际测量中，不仅要求传感器具有良好的静态特性，而且要求其应用具有良好的动态特性。动态特性是指传感器测量动态信号时，输入与输出之间的关系。在动态测量时，由于被测量要随时间变化，此时传感器如果不能快速响应并正确地提取信号，测量工作就无法进行。第3章系统硬件设计31硬件电路构成图31硬件组成原理方框图32单片机选型本系统选用STC89C51作为中央处理器。STC89C51RC是采用8051核的ISP在系统可编程的一种芯片，最高可达到80MHZ，内含8KB，并且可反复擦写1000次的程序存储器，器件兼容标准MCS51系统及80C51引脚结构，有着8位中央处理器和存储单元，具有可编程特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部。单片机的工作就是执行用户程序，指挥各部分硬件完成既定任务。如果一个单片机芯片没有烧录用户程序，显然它就不能工作。可是，一个烧录了用户程序的单片机芯片，给它上电后就能工作吗也不能。原因是除了单片机外，单片机能够工作的最小电路还包括时钟和复位电路，通常称为单片机最小系统电路。几乎所有的单片机开发系统都能与PC连接，允许使用PC的编程编写汇编语言或高级语言，生成汇编语言或高级语言的源文件；然后利用开发系统提供的交叉汇编或编译系统，将源程序编译成可在目标机上直接运行的目标程序；再通过PC的串口或并口直接传输到开发机的RAM中。33STC单片机的功能如图32就是STC单片机，此单片机内置电压/电流装换P0能够用于外部程序数据存储器P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口。P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32/INT0（外部中断0）P33/INT1（外部中断1）P34T0（记时器0外部输入）P35T1（记时器1外部输入）P36/WR（外部数据存储器写选通P37/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号RST复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。图32STC单片机管脚发布34放大单元如图33所示放大单元是由运算放大器LM358等线路组成的。图33LM358传感器的放大电路图如下图34所示图34放大电路图35总线输出单元图35总线输出电路RS485特点因为RS485的抗共模性能增强，系统只需要检测两线之间的电位差就可以了，这样方便我们操作，它的接口是用平衡驱动器和差分接收器的组成与其它串行接口相比较，作为用户的我们会选择性能优越的，即传输距离远、多站能力和抗共模性能强（抗噪声干扰性）突出的RS485。RS485作为串行接口组成的网络。经过上述的表示，对于电源的部分它对单片机是有一定的影响的。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决的一大半。许多单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减少电源噪声对单片机的干扰。如果单片机的I/O端口用来控制电机等噪声器件，在I/O端口与噪声源之间应加隔离或光电隔离。由此我可以得出电路板合理分区，加强、弱信号、数字、模拟信号。尽可能把干扰源与敏感元器件远离。单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减少相互干扰。36LCD1602的功能和优点管脚功能LCD1602采用标准的16脚接口，其中第1脚VSS是LCD1602接地引脚（GND）第2脚VCC是LCD1602连接5V电源的引脚第3脚V0是LCD1602液晶显示驱动电源（05V），可接电位器。就是调整液晶显示器LCD1602端，当接正电源时候对比度最暗，当接地时候，对屏幕显示最亮。第4脚RS数据和指令选择控制端，当RS0时命令/状态；当RS1时数据。因此，RS就是选择寄存器。第5脚RW就是读写控制线，当RW0写作；当RW1读操作。第6脚数据读写操作控制位，E线向LCD模块发送一个脉冲，LCD模块与单片机之间进行一次数据交换。第714脚数据线，可以用8位连接，也可以只用高4位连接，节约单片机资源。第1516脚15（A）为背光控制正电源，16（K）为背光控制地。因为LCD没有老化的问题，所以它的使用寿命非常长，能耗低又不会产生电磁辐射。它本生不发光，是靠外界的各种光来显示，体积比较小的它携带很方便，它的像素比较小，所以它所容纳的信息也更多。图36LCD1602管脚37大型机械部件简介大型机械设备大多在工业上用的非常广，它的部件生产要求也是极其高的，不仅质量上要非常好，抗压抗打的能力也很重要，温度的检测也是它检测的其中1项非常重要的因素之一。大型的机械有装载机，电焊机，混凝土固定泵，挖掘机，发动机等等。这些大型机械用途广，作用很大。比较常见的部件有滚动轴承，它是有外圈、内圈、滚动体和保持架等组成，在内、外圈上的凹槽形成滚动体圆周运动的滚道。保持架的作用是把滚动体均匀隔开，以避免它们相互摩擦和聚集到一块；滚动体是滚动轴的主体，它的大小、数量和形状与轴承能力密切相关。与滑动轴承相比较，滚动轴承具有摩擦阻力小，灵敏，效率高，发热量小，润滑简单，耗油量少，维护保养方便，轴承径向间隙小，并且可用预紧的方法调整间隙，以提高旋转精度。滚动轴承室标准件，可由专门工厂大批生产供应，使用。液压泵是通过密封容积的变化来实现吸油和压油的。柱塞泵是依靠柱塞与缸体内孔面来形成密封工作容积的。由于柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，因此加工方便，密封性能好。而且柱塞泵主要零件处于受压状态，使材料强度性能得到充分利用。第4章系统软件设计系统软件主要是用来完成多路模拟开关的逻辑控制，热电阻计算，信号采集，由分度表查询温度值，引线电阻补偿，温度点之间的参考温度计算，温度显示，超量程报警，温度值串行数据输出和D/A输出等等一系列功能。41总线输出子程序总线输出由P30、P31来控制。总线输出选用定时器/计数器2定时模式、工作方式1，则工作方式控制字（TMOD）为20H，SMOD1，波特率选用9600位/秒。总线输出子程序流程图如34所示图41总线输出子程序流程图INCLUDE“REG51H”NUSIGNEDCHARBUFFER0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00,0X00/定义数据缓冲区SBITP1_0P10MAINUNSIGNEDCHARIP1_00/并行置入数据P1_01/允许串行移位SCON0X10/设串行口方式0并允许接收WHILE1FORI0I/该头文件中定义XBYTE关键字VOIDMIAN（VOID）STATICUCHARIDATAAD10/STATIC是静态变量的类型说明符AD0809（AD）/采样AD0809通道的值VOIDMAINUNSIGNEDCHARIUNSIGNEDCHARSENG0X01,0X03,0X04,0X06,0X07,0X05/定义要发送的数据，为了简化显示，发送数据在09之间TMOD0X20/定时器1工作于方式2TL10XF4/波特率2400B/STH10XF4SBITP1_1P1SBITP2_0P0SBITP4_1P1SBITP3_0P4WHILE1STATE1TASK_DELAY0TASK_DELAY0BREAKCASE1SPRINTFTIMECOMPARE0,“02D02D“,INTTIME_BUF14,INTTIME_BUF15IFSETTIMEOVER1IFSETTIMEOVER1IFTIMECOMPARE0TIMECOMPARE1START1ELSESTART0/定时加热程序STATE2TASK_DELAY0TASK_DELAY0BREAKCASE2SPRINTFTIMECOMPARE0,“02D02D“,INTTIME_BUF14,INTTIME_BUF15IFSTOPTIMEOVER1IFSTOPTIMEOVER1IFTIMECOMPARE0TIMECOMPARE3START0VOIDAD0809UCHARIDATEXUCHARIUCHARXDATAAD_ADR/定义指向外部RAM指针AD_ADRIN0/通道0的地址送AD_ADRFORI0I0SETNUMSETCUT0IFSETPLACE0LTEMP1SETNUMLCD_WRITE_CHAR3,1,0X30LTEMP1/直接显示数字IFSETPLACE1LTEMP2SETNUMLCD_WRITE_CHAR4,1,0X30LTEMP2/直接显示数字IFSETPLACE2LTEMP3SETNUMLCD_WRITE_CHAR5,1,0X30LTEMP3/SYSTEMSET0ON50STOPTIMEOVER1LCD_WRITE_COM0X0CSTATE0TASK_DELAY1TASK_DELAY1BREAKDEFAULTBREAK/TASK_DELAY1TASK_DELAY1VOIDTASK2VOIDIFLTEMP0IFSTART1D10/运行指示灯D21/停止指示灯IFTEMPBALANCE10D40SOLIDSTATERELAY0/全速加热IFSTART0D11D20D31；D41D50/系统运行指示灯；IFTEMPBALANCEINCLUDESTATE2TASK_DELAY0TASK_DELAY0BREAKCASE2IFSETPLACE0LTEMP1SETNUMLCD_WRITE_CHAR3,1,0X30LTEMP1/直接显示数字IFSETPLACE1LTEMP2SETNUMLCD_WRITE_CHAR4,1,0X30LTEMP2/直接显示数字IFSETPLACE2SPRINTFTIMECOMPARE0,“02D02D“,INTTIME_BUF14,INTTIME_BUF15IFSTOPTIMEOVER1IFSTOPTIMEOVER1IFTIMECOMPARE0TIMECOMPARE3START0ELSESTART1/定时停止加热程序STATE0TASK_DELAY0TASK_DELAY0BREAKDEFAULTBREAKVOIDTASK1VOIDSTATICUNSIGNEDCHARSTATE0SWITCHSTATECASE0KEYSCANSTATE1TASK_DELAY1TASK_DELAY1BREAKCASE1IFSYSTEMSET1IFDISPLAYSWITCH2IFON20LCD_CLEAR/清屏LCD_WRITE_STRING0,0,“SETTEMPERATURE“LCD_WRITE_COM0XC0ON21IFSETADD1IFSETNUM0SETNUMSETCUT0IFSETPLACE0LTEMP1SETNUMLCD_WRITE_CHAR3,1,0X30LTEMP1/直接显示数字IFSETPLACE1LTEMP2SETNUMIFSETPLACE0LTEMP1SETNUMLCD_WRITE_CHAR3,1,0X30LTEMP1/直接显示数字IFSETPLACE1LTEMP2SETNUMLCD_WRITE_CHAR4,1,0X30LTEMP2/直接显示数字IFSETPLACE2LCD_WRITE_CHAR4,1,0X30LTEMP2/直接显示数字IFSETPLACE2LTEMP3SETNUMLCD_WRITE_CHAR5,1,0X30LTEMP3STATE2TASK_DELAY0TASK_DELAY0BREAKCASE2SPRINTFTIMECOMPARE0,“02D02D“,INTTIME_BUF14,INTTIME_BUF15IFSTOPTIMEOVER1IFSTOPTIMEOVER1IFTIMECOMPARE0TIMECOMPARE3START0ELSESTART1/定时停止加热程序STATE0TASK_DELAY0TASK_DELAY0BREAKDEFAULTBREAKIFSETPLACE0LTEMP1SETNUMLCD_WRITE_CHAR3,1,0X30LTEMP1/直接显示数字IFSETPLACE1LTEMP2SETNUMLCD_WRITE_CHAR4,1,0X30LTEMP2/直接显示数字IFSETPLACE2VOIDTASK1VOIDSTATICUNSIGNEDCHARSTATE0SWITCHSTATECASE0KEYSCANSTATE1TASK_DELAY1TASK_DELAY1BREAKCASE1VOIDAD0809UCHARIDATEXUCHARIIFSYSTEMSET1IFDISPLAYSWITCH2IFON20LCD_CLEAR/清屏LCD_WRITE_STRING0,0,“SETTEMPERATURE“LCD_WRITE_COM0XC0ON21IFSETADD1IFSETNUM0SETNUMSETCUT0IFSETPLACE0LTEMP1SETNUMLCD_WRITE_CHAR3,1,0X30LTEMP1/直接显示数字IFSETPLACE1LTEMP2SETNUMLCD_WRITE_CHAR4,1,0X30LTEMP2/直接显示数字IFSETPLACE2LTEMP3SETNUMLCD_WRITE_CHAR5,1,0X30LTEMP3LCD_WSTR“ABCDEFG“LCD_POS0X42LCD_WSTR“ABCDEFG“LCD_WCMD0X01DELAY3结束语我用STC89C51单片机作为控制器来完成本次的设计的。用软件KAIL为开发平台，通过去图书馆查资料和上网查阅的方法了解了各个零部件的功能和作用，然后由专业老师指导我们，最后设计出智能测温系统。我经过了长达几周的努力，不停的在宿舍和实