温度传感器在医用恒温恒湿箱中的应用毕业设计

此文档为WORD格式，下载后您可任意编辑修改温度传感器在医用恒温恒湿箱中的应用摘要本文主要设计基于NTC电阻温度传感器在恒温恒湿箱中的温度测量系统。温度是被广泛用来测量的物理量，在恒温恒湿箱中温度测量是重要的组成部分。热电阻、热敏电阻、热电偶、二极管、NTC都可以用来测量温度和控制温度。出于传感器的感温精度、稳定性、成本、生产过程等因素的考虑，NTC相对这些元器件来说，成本是最低廉的。也渐渐的取代了其他类型的传感器。NTC它的测量范围一般为10300，也可做到20010，甚至可用于3001200环境中作测温用，现在一般医用恒温恒湿箱的温度范围在248。典型的温度测量过程分为收集采集环境温度信号，经过放大器把小信号放大，经过A/D转换器把模拟信号转换成数字信号，经单片机处理显示在液晶屏上，通过键盘控制箱体内温度，再由上述过程把结果反馈到液晶屏上，并且尤温度测量报警电路及水泥升温电阻加热。本文开始对NTC温度测量作了概述，之后对整体设计思路进分析，再通过硬件软件两方面整理，最后进行测试。关键词NTC传感器，单片机，恒温恒湿箱的温度测量TEMPERATURESENSORINTHEMEDICALAPPLICATIONOFCONSTANTTEMPERATUREANDHUMIDITYBOXABSTRACTTHISDESIGNISBASEDPRIMARILYNTCRESISTORTEMPERATURESENSORINCONSTANTTEMPERATUREANDHUMIDITYCHAMBERTEMPERATUREMEASUREMENTSYSTEMITISWIDELYUSEDTOMEASURETHETEMPERATUREOFTHEPHYSICALQUANTITY,TEMPERATUREANDHUMIDITYCHAMBERINTEMPERATUREMEASUREMENTISANIMPORTANTCOMPONENTTHERMALRESISTANCE,THERMALRESISTANCE,THERMOCOUPLE,DIODE,NTCCANBEUSEDTOMEASURETEMPERATUREANDCONTROLTHETEMPERATURETEMPERATURESENSORFORTHEACCURACY,STABILITY,COST,THEPRODUCTIONPROCESSCONSIDERATIONS,NTCRELATIVELYTHESEPARTS,THECOSTISTHELOWESTALSOGRADUALLYREPLACEDBYOTHERTYPESOFSENSORSNTCITSMEASUREMENTRANGEISGENERALLY10300,CANBE20010,EVENFOR3001200TEMPERATUREENVIRONMENTFORUSE,AREGENERALLYINTHETEMPERATURERANGEOFMEDICALHUMIDITYCHAMBEROF248TYPICALTEMPERATUREMEASUREMENTPROCESSISDIVIDEDINTOCOLLECTINGAMBIENTTEMPERATURESIGNALACQUISITION,THESMALLSIGNALAMPLIFICATIONTHROUGHTHEAMPLIFIER,AFTERA/DCONVERTERCONVERTSTHEANALOGSIGNALINTOADIGITALSIGNAL,PROCESSEDBYTHEMICROCONTROLLERDISPLAYEDONTHELCDSCREEN,THEKEYBOARDCONTROLCABINETSTEMPERATURE,THENBYTHEABOVEPROCESSTHERESULTSBACKTOTHELCDSCREEN,ANDINPARTICULARTHETEMPERATUREMEASUREMENTANDCEMENTWARMINGALARMCIRCUITRESISTANCEHEATINGNTCTEMPERATUREMEASUREMENTONTHEBEGINNINGOFTHISARTICLEAREOUTLINED,FOLLOWEDBYANALYSISOFTHEOVERALLDESIGNIDEASINTO,ANDTHROUGHTHECONSOLIDATIONOFBOTHHARDWAREANDSOFTWARE,ANDFINALLYTESTEDKEYWORDSNTCSENSOR,MICROCONTROLLER,HUMIDITYCHAMBERTEMPERATUREMEASUREMENT目录第1章绪论111NTC温度测量概述112本设计方案思路213研发方向和技术关键314主要技术指标3第2章总体设计421系统总体方案的设计及其原理概述422温度的检测423信号放大524A/D及温度显示525单片机最小系统626其他说明6第3章硬件设计731ACDC的交直流转换732温度传感器的选择833NTC测温电路1234运放电路1335AD转换模块的设计1536单片机电路设计1737温度控制电路的原理与电路的设计1938按键电路2039显示模块电路设计21310报警电路的原理与电路的设计22第4章软件设计2341软件总体程序设计2342A/D转换模块原理及程序2343热敏电阻阻值和温度的非线性的线性化处理原理及程序2444温度显示模块程序2845按键设计31第5章总结32谢辞33参考文献34附录一完整的C语言源程序35第1章绪论11NTC温度测量概述NTC是NEGATIVETEMPERATURECOEFFICIENT的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在1001000000欧姆，温度系数265。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。它的测量范围一般为10300，也可做到20010，甚至可用于3001200环境中作测温用。表11NCT与常用测温传感器的比较热敏电阻热电偶铂丝电阻，线绕铂丝电阻，薄膜硅基准NTC（负温度系数）TC（温度系数）RTD（电阻式温度检测）RTD（电阻式温度检测）POSICHIP（正温度系数薄片）材料陶瓷（金属氧化物）两种不同金属铂丝线绕铂薄膜硅（主体）相对成本低至中低高中低温度范围100至500200至2300200至600150至50055至150激活性波动自产生波动波动波动灵敏度4/40微伏/39/39/81/相对灵敏度极高极低极低极低低线性度对数线性线性线性线性斜率负正正正正噪声敏感性低高低低低引线电阻误差低高低低低典型最小尺008012016直径125直径020100无寸（裸片装）最小探头直径018125187125080特殊要求冷接点补偿12本设计方案思路分析任务要求，该系统要用NTC温敏电阻作为测温元件，NTC热敏电阻是一种负温度特性的热敏电阻，其阻值随温度的变化曲线如下所示图11负温热敏电阻曲线由图11可知，NTC的阻值随温度的上升而下降，其阻值和温度呈非线性特性，因此必须采用一定的方法对曲线进行线性化处理。其测量原理是利用通过测量其阻值，通过其温度特性曲线便可求的环境温度。但因为温度不便于测量且不便于其他电路处理。通常是将电阻的变化转化为电压的变化通过测量电压变化测得温度的变化。由于采集到的电压信号是模拟信号，不能被数字系统处理，因此必须通过AD转换器，将模拟信号转换成数字信号。一般AD转换器的基准电压要求为5V，而采集到的电压信号很微弱，必需经过放大后才能送给AD转换器，因此在系统中还必须有信号放大的信号调理电路。该系统要求具有控温功能，因此必须有控温元件，控温可以制作一个加热器作为控温元件，系统要求能采用适当的方法来实现改变系统的超调量和调节时间，因此可以采用脉冲宽度调制来实现。控温装置可以通过三极管来驱动。该系统应该有一个控制器，用以控制温度的显示报警和温度控制等功能。该控制器可以采用单片机，STC89C52或者DSP来实现。13研发方向和技术关键1ACDC的交直流转换，提供稳定的5V直流电压输出供电；2确定NTC的安装位置，可以最好的体现箱体内温度；3运用运放电路，对NTC微弱信号的放大和滤波；3将运算放大器输出的信号，进行A/D转换输出到单片机芯片处理；4采用新一代的8051单片机STC89C52；5通过译码器，把实时数据在LCD上显示；6通过报警电路，进行高低温上下限报警；7并由键盘进行操作；8运用NTC传感器的温度反馈，对医用恒温恒湿箱进行加热保温。14主要技术指标1测量精度012线性度023重复性良好4测量与实际温度偏差1第2章总体设计21系统总体方案的设计及其原理概述根据以上分析可知，该系统应该包括用NTC热敏电阻制作的温度传感器，对传感器信号放大的信号电路，加热器电路，AD数模转换电路，单片机控制电路，LCD显示电路，ACDC电源供给电路，按键和控制器组成。由于单片机作为控制器价格便宜，控制性能好，电路方便，已能完全满足该系统的要求，因此综合考虑用单片机作为该系统的控制器。该系统通过NTC热敏电阻制作的传感器采集温度，将采集到的值送给单片机处理后通过LCD显示出来，并可将处理后的值与设定的温度值进行比较看是否超过设定范围来实现加热。在控制温度模式下，可以通过单片机控制加热器来加热，实现温度控制。系统原理图如下温度采集电路KEYLCD显示电路ACDC稳压供电电路220V5V加热器STC89C52运放电路AD报警电路图21医用恒温箱系统原理图22温度的检测由于恒温恒湿恒湿箱内部结构是一个近立方体结构，如图22所示。箱体内热空传感器插孔出风口内壁进风口热空气循环路径图22箱体内胆空气循环示意图由底部进入箱内，中上部出去，所以箱体顶部最能代表箱内温度，所以NTC要安装在箱体顶部。23信号放大NTC在驱动电路的驱动下输出的电压很小，一般只是在十几毫伏到一百毫伏之间。而一般的A/D转换器都是要求伏级电压。所以在进行A/D转化之前我们要把NTC所采集的温度信号进行放大，通常这种放大都是靠运算放大器来完成的。因为是对微弱信号进行放大，所以应选用高输入阻抗、低失调、低漂移的高精度的放大器。24A/D及温度显示NTC所采集的温度信号经放大后还是一个模拟信号，我们只能从波形的变化下才能分析出温度的变化，而是用十进制数字显示出温度数值才是我们的最终目的。所以我们要把NTC所采集的温度信号转化成数字信号。这就要进行A/D转换。为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D转换器的重要技术指标。25单片机最小系统目前在单片机系统中，应用比较广泛的微处理芯片主要为8XC5X系列单片机。该系列单片机均采用标准MCS51内核，硬件资源相互兼容，品类齐全，功能完善，性能稳定，体积小，价格低廉，货源充足，调试和编程方便，所以应用极为广泛。例如比较常用的AT89C2051单片机，带有2KBFLASH可编程、可擦除只读存储器的低压、高性能8位CMOS微型计算机。拥有15条可编程I/O引脚，2个16位定时器/计数器，6个中断源，可编程串行UART通道，并能直接驱动LED输出。本系统采用新一代的8051单片机STC89C52，由国内宏晶科技生产，其指令代码完全兼容传统8051，但速度快812倍。内部集成MAX810专用复位电路，其工作电压范围是35V55V。STC89C52有60KB的用户应用程序空间，256B的RAM和1024B的XRAM。能满足程序代码的需求和缓冲区定义的需求。另外与程序存储空间独立的一片闪存区域，可在应用编程中作EEPROM使用。STC89C52有双UART以及ISP串口，串口资源足够系统使用。另外通过宏晶科技提供的软件，使用UART可很容易地实现程序下载。STC89C52有36个通用I/O口，大部分可位控，并且有强推挽输出的能力，足够系统使用。还拥有4个16BIT定时器和一个独立的波特率发生器，另外还有两个PCA模块，能获得丰富的定时器资源。STC89C52有PDIP40封装的芯片，易于快速进入实验。26其他说明系统主要分硬件系统和软件系统。其中本文主要制作是在硬件系统和单片机STC89C52程序。硬件部分主要是NTC温度采集电路，LM324运放电路，AD数模转换电路，051单片机STC89C52控制电路基于个模块的接连线，LCD1602译码器与LCD12864显示器连接和ACDC交直流稳压电源供给电路，按键电路及尤单片机程序控制的水泥电阻加热恒温恒湿电路。软件部分主要是单片机STC89C52控制加热程序，包括A/D转换和液晶显示程序。第3章硬件设计31ACDC的交直流转换该电路输入家用220V交流电，经过全桥整流，稳压后输出稳定的5V直流电供给单片机。方便实用，输出电压稳定，最大输出电流为1A，电路能带动一定的负载图31交直流稳压电路1电路工作原理，从上图上看,变压器输入端经过一个保险连接电源插头,如果变压器或后面的电路发生短路，保险内的金属细丝就会因大电流引发的高温溶化后断开。变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动很大的直流电源，所以在这里接一个330UF/25V的电解电容。变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波，在电容C1两端大约会有11V多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少许波动都会使C1两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器的元件。三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。因为我们要输出5V的电压，所以选用7805，7805前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7805最大可以输出1A的电流，内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2脚）短路并不会使7805烧坏，当然如果时间很长就不好说了，这跟散热条件有很大的关系。三端稳压器后面接一个105的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。最后在C2两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接,比如MP3等。虽然7805最大电流是一安培，但实际使用一般不要超过500MA,否则会发热很大，容易烧坏。一般负载电有200MA以上时需要散热片。2平时对于5V的直流电源需求的情况比较多，在单片机，以及一些电路中应用的较多，因此，为了更方便快捷的由220V的交流电得到这样的电源，故设计了一个电路。首先翻阅了参考书，复习了整流稳压的一些电路知识，然后设计出一个实现电路，使用了PORTEL99绘制出电路图，对电路进行简单的仿真和校验。然后列出了元器件表，去电子市场买到元器件后，进行了电路板上元器件的规划，设计好元件的摆放位置，焊接完毕以后确认无误。最后开始进行功能调试。按照电路设计，加上220V交流电源后，发光二极管会亮，显示电路工作状态。然后对用万用表对输出进行开路检测，显示输出VO502V，接着接上10K左右的负载，显示VO485V。32温度传感器的选择1测量温度的关键是温度传感器，因此需要灵敏度高、测温范围宽、稳定性好，同时还要考虑成本和实际情况。方案一DS18B20数字式温度传感器，使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。部分功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化，但是这个温度传感器适用于精密温度测量系统中。方案二热敏电阻的主要特点是灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10100倍以上，能检测出106的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于55315，高温器件适用温度高于315（目前最高可达到2000），低温器件适用于27355；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在01100K间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能力强方案三热电偶传感器的灵敏度,线性和温度范围是和所用的金属有关。多年来,已经有几种热电偶成为标准,在美国NIST公布了八种热电偶,让字母代码来识别的毫伏温度表。其中五种J、K、T、G和N是由碱金属合金制成,有不同的温度范围和用途,灵敏度一般是每摄氏度几十毫伏,其中三种R、S和B是用的金属白金制成的,但是这种热电偶价格昂贵，最常用于高温工作，不适合常温的测量，而且灵敏度很低。对比之后，根据实际的应用需求，本设计采用方案二热敏电阻传感器。2温度补偿的调整模块，方案一如图32所示是由集成运算放大器和铂热电阻构成的自动温度补偿电路。该电路可分为阻抗变换和温度补偿两级，阻抗变换器A1是一个电压跟随器，它的作用是把来自传感器送来的与温度成比例变化的，温度补偿器A2是一个同相电压放大器，电路元件可根据同相电压放大器基本原则进行选取，这一级的作用是将阻抗变换级送来的电压信号进行放大，同时吸取来自铂热RT送来的与温度成比例变化的电阻信号，这个电阻信号去改变放大器的灵敏度，使放大器的输入电压V0与温度无关。但是此电路比较复杂，元器件较多，可能导致精度不够。图32为自动温度补偿电路方案二温度补偿还可以采用简单的查表法从电压值中查出相应的温度值。预先将一系列温度与电压对应值存贮到STC89C52微控制器程序存储器中的一个表内，当给定任意一个在测量范围中的电压值时，即可通过查表得出所对应的温度值。本设计所采用的NTC热敏电阻所对应温度补偿表如表31；如图33所示的是电阻温度曲线图，温度随阻值的增加而减小；无论什么补偿都有误差，电阻与温度的误差。表31温度补偿表R2510K精度5B25/503950K精度1温度电阻K温度电阻K3003558384841512100113211951260200338036523935220010831143120310032123467373223001036109311490003054329235402400992104510981002904312733592500950100010502002762297231892600908957100630026282825302827008699169644002502268628762800831877923500238225552733290079584088560022692431259830007618058497002161231424703100729771814800206022032350320069873978190019642098223633006697097491000187319992128340064168071911001786190420863500614652690120017041815192936005896256631300162717311838370056460063714001553165117513800541576612150014831575166939005195535881600141715031591400049853156517001354143515184100478510543180012941371144842004594905221900123713091382430044147150220001183125113194400423453483图33为NTC热敏电阻所对应电阻误差与温度误差曲线图所以本设计的温度补偿选用方案二，将再软件中体现。3NTC热敏电阻器的标准零功率电阻R25一般用于各种电子产品中作微波功率测量、温度检测、温度补偿、温度控制及稳压用，选用时应根据应用电路的需要选择合适的。一般原则工作温度区域为高温区域，R25尽可能选高阻值；工作温度区域为低温区域，R25尽可能选低阻值。33NTC测温电路图34NTC传感器桥式测温电路图VCC经过稳压二极管后电压稳定值为5V。由电桥平衡条件可知，当R2/R3R4/R5时电桥平衡，此时V1和V2点的压差为零。由于R2R3，因此在温度为零时，可以调节R5时R5R4，使电桥平衡，其输出为零。当温度上升时，R4阻值减小，当温度变化100时，热敏电阻的变化范围大概为1K。因此可以粗略的估算电桥输出电压的变化值为5（47/24737/237）017V该电路设计复杂，因为采用差动电桥，所以电路抗干扰能力增强，能有效抑制电源波动对电路的影响。一般来说传感器测量电路设计都采用桥式电路，桥式电路抗信号干扰能力强，稳定性能高。34运放电路图35LM324运放引脚图LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到30伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“”、“”为两个信号输入端，“V”、“V”为正、负电源端，“VO”为输出端。两个信号输入端中，VI（）为反相输入端，表示运放输出端VO的信号与该输入端的位相反；VI（）为同相输入端，表示运放输出端VO的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图35。运放电路设计，由于从电桥出来的信号很微弱，因此需要通过运算放大器放大后才能经过AD转换。方案一采用单运放组成的运算放大器进行微弱信号的放大。其原理图如下图36单运放组成的运算放大器为了使运放对称，因此要求R10R7，R11R12放大倍数AR12/R10该电路简单，放大倍数可以通过调节R12来调节，但该调节会使运放不对称，因此需要同时调节R12和R11来实现。方案二LM324采用仪用放大器来实现放大，仪用放大器的原理图如下。图37仪用差动运算放大器仪用放大器的放大倍数可以由以下公式计算得知AR11/R712R8/R6由于R6可调，因此可以利用调节放大倍数。由于信号采集电路采集到的最大电压差为017V而AD的基准电压为25V，所以要求信号调理电路的最大输出为25V。而信号采集电路的最大输出为00845V,所以要求信号调理电路的放大倍数约为30倍。该电路由于可以调节R6来调节放大倍数，由于调节R6不会影响电路的对称性因此调节起来方便。对比上述两种电路，第一种结构简单但调节起来不方便，而第二种调节起来方便，且易于小信号的采集，因此选用第二种方案。将NTC输出的微弱信号，进行A/D转换输出到单片机芯片处理。35AD转换模块的设计图38ADC0832数模转换电路本设计采用的AD转换芯片是ADC0832该芯片为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。本课题AD芯片的CS端与P10口连接；CLK端与P11口连接；D0与D1并联并与P12口相连。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN，CH1作为负输入端IN进行输入。当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN，CH1作为正输入端IN进行输入。到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为1953MV。如果作为由IN与IN输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN与IN的输入时，如果IN的电压大于IN的电压则转换后的数据结果始终为00H。PR10KVCVCVCCSHOPR10K1GNDLKIMCS15P01P2GND图39ADC0832数模电路与C52单片机连接图36单片机电路设计STC89C52的外部工作电路如图310所示VCC是STC89C52的电源引脚，GND为STC89C52的接地引脚，工作电压范围是40V55V，在该电路中提供的是5V电压。利用芯片内部振荡电路，在XTAL1和XTAL2的引脚上外接定时元件，内部振荡器便能产生自激振荡，用示波器便可以观察到XATL2输出的正弦波，定时元件可以采用石英晶体和电容组成的并联振荡电路，晶体可以在1212MHZ之间选择，电容可以在2060PF之间选择，通常选为30PF左右，电容C8C9的大小对振荡频率有微小影响，可起频率微调作用。在芯片的9脚，即RST/VPD接按键及电阻构成复位信号。图310为STC89C52外部工作电路原理图该电路为STC89C52控制器电路，其中，P05、P06、P07口分别与LCD1602的RS、R/W、E引脚连接；P20P27口与LCD1602的DB0DB7引脚连接；P12是模拟量输入端，用于输入热敏电阻传感器的电压。1核心部件的介绍STC89C52是整个课题的核心部件，P0口是开漏双向可以写为1使其状态为悬浮用作高阻输入。P0口也可以在外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总线，此时通过内部强上拉输出1。在本课题中P0口外接10K排阻使输出为1来接LCD1602的RS、RW、E端。P1口可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机，P10和P11还有第2功能P10口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P11用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对于EPROM编程和进行程序校验时，P1口接收输入的低8位地址。在本课题中P12来接收AD转换模块送过来的数字量；P10与AD芯片的复位端相连；P11与AD芯片的CLK端相连。P2口2口是带内部上拉的双向I/O,口向P2口写入1时,P2口被内部上拉为高电平,可用作输入口当作为输入脚时，被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流见DC电气特性。在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和16位地址MOVXDPTR，此时通过内部强上拉传送1。当使用8位寻址方式MOVRI访问外部数据存储器时,P2口发送P2特殊功能寄存器的内容。本课题的P2口作为输出口使用，把信号输送给LCD1602。P3口是带内部上拉的双向I/O口，向P3口写入1时，P3口被内部上拉为高电平，可用作输入口，当作为输入脚时，被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流见DC电气特性。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。本课题没有用到P3口。综上所述，STC89C52系列单片机纳为以下两点单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；单片机对外呈3总线形式，由P0、P2口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线。2复位电路的设计STC89C52的复位方式可以是图1的上电复位，也可以是图2的手动复位。此外，RESET/V还是一复用脚，V掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。RST单CGNDWPB图311单片机上电复位图312单片机手动复位上电复位上电自动复位电路是一种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要VCC的上升时间不超过1MS，就可以实现自动上电复位。手动复位开关复位，只要按下开关按钮，倒相器即输出高电平，复位有效。手动复位和快捷，方便，所以此次设计采用手动复位方式。37温度控制电路的原理与电路的设计图313水泥电阻陶瓷绝缘功率型线绕电阻，常被人称作水泥电阻。它广泛应用于计算机，电视机，仪器，仪表，音响之中。水泥电阻器采用电阻丝绕制，一般功率大，外形尺寸也较大。因此，从它的外形结合功率及型号可以很容易判别出来。功率上它分为2W，3W，5W，7W，8W，10W，15W，30W，20W，40W等规格。常见型号为RX271型，RX273型（3A，3B，3C），RX274（4V，4H）型，其外形如图312。水泥电阻采用工业高频电子陶瓷外壳，散热好，具有优良的绝缘性能，其绝缘电阻可达100MR，同时具有优良的阻燃，防爆性。电阻丝选用康铜，锰铜，镍铬等合金材料，有较好稳定性和过负载能力。电阻丝同焊脚引线之间，采用压接方式。在负载短路的情况下，可迅速在压接处熔断，对电路有保护功能。水泥电阻具有多种外形和安装方式，可以直接安装在印制线路板上，也可以利用金属支架独立安装焊接。在选用水泥电阻时，如在常温下工作，功率大小可用下式来决定UIP；如在特殊环境下工作，电阻功率小应根据图所示曲线来和选择。倘若电阻功率较大或散热条件较差，宜选用引脚长的水泥电阻；也可利用金属支架把水泥电阻固定在合适的位置上，另用导线把水泥电阻连接到电路中。水泥电阻器的功率，阻值范围与外形尺寸对应关系，表达该系统要求具有温度控制功能，因此可以制作一个控温元件来给热敏电阻加热来实现温度控制。水泥电阻升温电路设计方案一以LTC1923PWM双极性电流控制器和大功率MOSFET构成的半导体热制冷器（TEC）驱动模块。该方案制作的热制冷器可制冷也可制热，但价格相对较高。方案二该系统通过水泥电阻来给热敏电阻加热来实现温度控制，水泥电阻需要通过一个功率三极管来驱动，为了使受热均匀，系统通过两个水泥电阻来给热敏加热。图314驱动电路图功率三极管的基极和单片机的某个I/O口连接，当该I/O口为1时功率三极管导通，水泥电阻开始加热，当I/O为零时，三极管截止，水泥电阻停止加热。因此在程序中可以通过给I/O口送1和零来控制水泥电阻加热和停止加热，从而实现温度控制。该方案简单，元件价格便宜。对比上面两种方案，鉴于第二种方案简单，元件价格低廉因此采用第二种方案。38按键电路按键用于实现人对整个温控仪器的控制，可以设定目标工作温度，设定报警上下线温度，调节PWM占空比。其电路图如图314所示图315按键电路39显示模块电路设计该模块是利用LCD1602（液晶显示）LCD1602的显示容量很大，为162个字符；1602LCD芯片的工作电压为4555V，芯片工作电流在5V工作电压的情况下芯片工作电流为2毫安，模块的最佳工作电压为5V,显示字符的尺寸为295435WHMM。1602LCD的第1脚VSS为地电源；第2脚接5V正电源；第3脚VL为液晶显示器对比调整端，接正电源时对比度弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用是可以通过一个10K的电位器调整对比度；第4脚为RS寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器；第5脚为R/W读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据；第6脚为使能端，当使能端由高电平跳变为低电平时，液晶模块执行命令；第714脚的D0D7为8位双向数据线；第15脚为背光源正极；第16脚为背光源负极。以上是整个1602LCD的功能介绍。显示的清晰度是关键，其VEE引脚作用是对比调整，原理是该引脚输入电压不同，调整度不同，所以采用电位器分压作为它的电压输入。VSS及K引脚分别是电源地、LCD背光电源负极，直接接地。VCC及A引脚分别是电源、LCD背光电源正极，采用5V电源供电。其电路原理图如图316所示123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE12JAN2011SHEETOFFILEECREAT_PRETELMYDESIGN单单单DDBDRAWNBYVSSVCCVEERSR/WEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7AKLCD1602R510KVCCVCCPTG0PTG1PTG2PTC0PTC1PTC2PTC3PTD0PTD1PTD2PTD3图316显示模块电路原理图该电路中，LCD1602的RS、R/W、E引脚分别与STC89C52中的P05、P06、P07口连接；DB0DB7引脚分别与STC89C52的P20P27口连接。310报警电路的原理与电路的设计该系统的报警电路通过三极管驱动蜂鸣器发声和单片机P1口驱动八个发光二极管发光来实现报警。三极管驱动蜂鸣器和P1口驱动发光二极管电路如下图317报警电路蜂鸣器采用NPN三极管驱动，三极管的基极和单片机的P23相连。当P23为1时三极管截止蜂鸣器不发声，而当P23为0时，三极管导通，蜂鸣器发声。八个发光二极管通过P1口驱动，当P1口全为0时，二极管发光。因此可以通过使P23为1和让P1为零来让蜂鸣器响和发光二极管发光来实现报警。第4章软件设计41软件总体程序设计软件系统初始化时把温度数据做成表格存储到ROM中，通过AD对热敏电阻两端的进行测量，然后通过运算将电压值对应于电阻值，通过查表把电阻值对应于温度值，再通过运算把温度数据送到LCD显示，其中程序初始化主要是对AD和LCD进行初始化。它的框图如图41开始程序初始化AD采样查温度转换表数据处理调用显示程序结束图41主程序框图42A/D转换模块原理及程序传感器获得的信号由于是模拟信号，而CPU处理的是数字信号，故要经过模数转换，本设计采用芯片ADC0832实现的AD转换。ADC0832芯片接口程序的编写为了高速有效的实现通信，我们采用汇编语言编写接口程序。由于ADC0832的数据转换时间仅为32S，所以A/D转换的数据采样频率可以很快，从而也保证的某些场合对A/D转换数据实时性的要求。数据读取程序以子程序调用的形式出现，方便了程序的移植。程序占用资源有累加器A，工作寄存器R7,通用寄存器B和特殊寄存器CY。通道功能寄存器和转换值共用寄存器B。在使用转换子程序之前必须确定通道功能寄存器B的值，其赋值语句为“MOVB,DATA”（00H03H）。运行转换子程序后的转换数据值被放入B中。子程序退出后即可以对B中数据处理。ADC0832数据读取程序流程开始使能芯片产生时钟信号输入通道控制字读取2字节数据字节数据校验将值送入指定寄存器结束图42ADC0832的工作流程图43热敏电阻阻值和温度的非线性的线性化处理原理及程序热敏电阻的阻值温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此在使用时要进行线性化处理。可采用简单的查表法从电压值中查出相应的温度值。预先将一系列温度与电压对应值存贮到STC89C52微控制器程序存储器中的一个表内，当给定任意一个电压值时，即可通过查表得出所对应进行补偿过的温度值。C语言编写的获得温度值的节选程序代码如下先对LCD1602进行程序初始化LCD1602的RS脚置“1”，其意义为选择数据寄存器；LCD1602的RW脚置“1”，其意义为进行读操作；INCLUDEINCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTSBITRSP05SBITRWP06SBITEP07对ADC0832进行初始化SBITADCSP10SBITADCLKP11SBITADDIP12SBITADDOP12显示屏显示的选择项CODEUCHARTAB3“LOWTEMPERATURE“UCHARCODETAB4“OVERTEMPERATURE“UCHARCODETAB5“ERROR“UCHARCODETAB6“TEMP“UCHARCODETAB7“NORMAL“UCHARCODETAB1“0123456789“把温度数据存储到ROM中，温度范围为7920UCHARCODETAB279,78,77,76,75,74,73,72,/温度补偿表71,70,69,68,67,67,66,65,64,63,63,62,61,60,60,59,58,58,57,56,56,55,54,54,53,53,52,52,51,50,50,49,49,48,48,47,47,46,46,45,45,44,44,43,43,43,42,42,41,41,40,40,39,39,39,38,38,37,37,36,36,36,35,35,34,34,34,33,33,33,32,32,31,31,31,30,30,30,29,29,28,28,28,27,27,27,26,26,26,26,25,25,24,24,23,23,23,22,22,22,21,21,21,20,20,20,19,19,19,18,18,18,17,17,17,16,16,16,15,15,15,14,14,13,13,13,12,12,12,11,11,11,10,10,10,9,9,9,8,8,7,7,7,6,6,6,5,5,4,4,4,3,3,3,2,2,1,1,1,0,0,1,1,2,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,14,15,15,16,17,17,18,19,19,20UINTAD,AD1延时50US的程序VOIDDELAY_50USUINTTUCHARJ,ZFORZTZ0ZFORJ19J0J延时1MS的程序VOIDDELAYUINTZUINTX,YFORXZX0XFORY110Y0Y写指令程序VOIDWRITE_COMUCHARCOM1E0RS0RW0P2COM1DELAY_50US10E1DELAY_50US20E0写数据程序VOIDWRITE_DATAUCHARDAT1E0RS1RW0P2DAT1DELAY_50US10E1DELAY_50US20E044温度显示模块程序LCD1602采用5V电压驱动，其数据接口和读写控制引脚与STC89C52单片机的I/O口直接相连。ADC0832将采集到的模拟电压值经过A/D转换后送给单片机，单片机查表得到温度值，通过I/O口传输给LCD1602显示。否否否图43LED1602A液晶显示流程图C语言编写的温度值显示的节选程序代码如下开始对LCD1602A进行初始化判是否有按键按下扫描按键首行扫描字R3列扫描送P1扫描、判行确定键值键值入栈保护判释放按键键值转化为ASII码，存入寄存器延时消抖LCD1602A写命令显示延时结束判第七位是否为0继续扫描VOIDDISPAD1AD29WRITE_COM0X80IFAD233UCHARIFORI0I29WRITE_DATATAB1TAB2AD1/10WRITE_DATATAB1TAB2AD110ELSEWRITE_DATAWRITE_DATATAB1TAB2AD1/10WRITE_DATATAB1TAB2AD110WRITE_DATA0XDF/显示温度符号WRITE_DATAC45按键设计按键部分共有四个按键，K1为模式键，K2与K3调节数字，K4显示温度。对应的单片机端口分别为P20,P21,P22和P32口。其程序流程图如图43所示图44按键程序流程图第5章总结设计就是要讲究严谨，在这次毕业设计中，我学到了很多知识，也使我的能力得到了提升。首先，硬件方面。选择硬件，要比较同类产品的稳定性、功耗、体积、价格等，另外还要符合设计的全部要求。在显示方案上，我考虑的时间相对长了一点。利用数码管显示，程序复杂，但是，自己编程比较熟悉，价格便宜。利用LCD1602显示，程序简单，但是以前自己从未使用过。经过比较，我选择LCD1602，这样可以学到新知识，提高自己的知识水平。在硬件电路的设计方面，用PROTEL绘制电路图时要标明元件的大小，有些封装元件要标明名称和封装。其次，软件方面。把程序分块编写能够有效地提高正确性和编程效率。在本次设计中，编程采取了“两步走”第一步，我把温度采集部分的程序调试成功，其中包括A/D转换程序。这就要求必须对A/D转换原理了解及A/D转换寄存器熟悉。第二步，我把显示程序调试成功。这部分需要对LCD1602的时序有充分的了解和足够的认识，这也是LCD1602与LED数码管的不同之处。经过查资料和编程实验，最后使LCD1602正常显示数据。在软件编写时，还要注意添加注释，使程序更加清晰，便于理解。总而言之，在王老师的带领和指导下，我顺利的完成了毕业设计。谢辞经过几个月的努力，今天终于将论文完成。论文得以顺利完成，首先要感谢的人是我的指导老师王居儒主任。对于现在正在工作的我，感谢他准确地做好论文的联系通知工作，严格要求我论文的书写。此次论文能在王老师指导下完成也是我感到十分荣幸。整个论文地书写过程中，从选题到完成，每一步都是在王老师的指导下完成的，他在百忙之中抽出时间来指导我的论文，在这段时间里的接触，他渊博的知识，精益求精的作风，平易近人的魅力给我很大的触动。另外，论文的顺利完成，离不