八路温度巡检仪

1八路智能温度巡检系统课程设计说明书学院：机械工程学院班级：测控082组别：第九组完成人：姓名：学号：姓名：学号：姓名：学号：指导教师：****大学2011年12月29日2第一章绪论..................................................................................................................11.1八路温度巡检仪简介.....................................................................................11.2课题的目的......................................................................................................11.3八路温度巡检仪的工作原理及其方案设计..................................................11.3.1工作原理................................................................................................11.3.2方案设计................................................................................................2第二章具体设计内容..................................................................................................22.1铂电阻电桥测温电路......................................................................................22.1.1桥式测温电路........................................................................................32.1.2恒流源式测温电路................................................................................42.2前置放大滤波电路的设计...............................................................................42.3A/D模数转换电路芯片原理与设计............................................................52.3.1内部结构和外部引脚............................................................................62.3.2工作时序与使用说明..........................................................................72.4显示模块的原理与设计..................................................................................92.5控制模块的原理............................................................................................102.5.1单片机最小系统..................................................................................12第三章调试与仿真....................................................................................................123.1Proteus与KeilμVision链接设置..............................................................123.2在Keil中编辑程序并生成“HEX”文件..................................................133.3在ProteusISIS中调试.................................................................................14第四章感想与总结....................................................................................................15第五章程序代码与仿真电路....................................................................................165.1程序代码：....................................................................................................165.2Proteus仿真电路.........................................................................................251第一章绪论1.1八路温度巡检仪简介在实际生产、生活等各个领域中，温度是环境因素的不可或缺的一部分，对温度进行及时精确的控制和检测显得尤为重要。比如消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备的过热故障预知检测，空调系统的温度检测，在医院的监护中也用到温度的测量，化工、机械等设备温度过热检测，土壤各个层面上的温度将会影响植物的生长，以及热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能至关重要等等。总之，现代电子工业的飞速发展对温度检测的智能化精确度要求越来越高。1.2课题的目的通过本次设计，我们对大学四年所学课程将做出一个总结，对各门课程均将有更深入的了解，更加熟练的掌握设计方案的提出，设计流程的规划以及各器件的硬件连和软件编程，并且能够更加熟练的操作Proteus仿真软件，真正培养出科学的思维方式和灵活解决问题的能力，为以后实际工作奠定良好的基础。在本次设计结束后，我们将得到一款能够同时检测显示八路温度的多点智能测温系统，当某一路或某几路温度值超过设定的上限值或者下限值时，报警电路中的蜂鸣器鸣响且提示闪亮，使操作者能够及时发现问题并控制温度回到额定温度范围内。该系统运行稳定，操作简便，应用灵活，能够在当代农业、工业、医疗以及日常生活中得到良好的应用。1.3八路温度巡检仪的工作原理及其方案设计1.3.1工作原理八路温度巡检仪首先要进行数据采集就是将一般的物理量通过传感器转换成模拟量，在经过A/D转换电路转换为数字量供给CPU进行处理。详细来说就是能监测并采集多路的温度信号，通过温度传感器将温度转换成电压信号输出电压，A/D转换芯片将模拟量转换成数字量，从而得到与温度信号具有一定关系的数字量，单片机采集这些数字信号，进行一定的信号调理、软件算法、以及标度变换，2从而得到一定量的温度值，再将这一温度值通过显示的方式显示出来，然后通过按键或定时的控制实现巡检，就得到了一个八路温度巡检仪的系统。1.3.2方案设计在系统方案设计中，主要以选择测温电路的方案为主，测温电路的方案选择可以直接的影响到测得温度值的准确性和要求达到的精度问题，测温电路要求能把环境温度通过传感器把温度信号转换为我们所需要的电压信号或电流信号，把得到相应的电信号送入A/D转换器，通过A/D转换器的转换，在通过单片机的控制和程序的处理最后得到准确的温度值，实现温度的检测。所以在测温电路中我们进行了认真的分析和最后方案的确定。如下框图1.1所示：图1.1第二章具体设计内容2.1铂电阻电桥测温电路铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等,被广泛用于中温(-200℃～650℃)范围的温度测量中。PT100是一种广泛应用的测温元件，在-50~600℃℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等干扰因素影响，数字化校正则需要在微处理系统中使用，将Pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入EEPROM中，根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。常用的Pt电阻接法有三线制和两线制，其中三线制接法的优点是将PT100的两侧相等的的导线长度分别加在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以消除。常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路，一为恒流源式测温电路。其中图1为三线铂电阻电桥测温和调零电路A/D数据采集89C51单片机显示器按键控制放大和调量程电路3制桥式测温电路，图2为两线制桥式测温电路，图3为恒流源式测温电路。下面分别对桥式电路和恒流源式电路的原理在设计过程中应注意事项进行说明（注：这两个电路本人均有采用及试验，证明可行）。2.1.1桥式测温电路桥式测温的典型应用电路如图2.1所示,测温原理：电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096V的参考电源；采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥（其中R1＝R2，VR2为100Ω精密电阻），当Pt100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个mV级的压差信号，这个压差信号经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号，该信号可直接连AD转换芯片。差动放大电路中R3＝R4、R5＝R6、放大倍数＝R5/R3，运放采用单一5V供电。图2.1三线制接法桥式测温电路设计及调试注意点：1.同幅度调整R1和R2的电阻值可以改变电桥输出的压差大小；2.改变R5/R3的比值即可改变电压信号的放大倍数，以便满足设计者对温度范围的要求3.放大电路必须接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作（以前就有个猪头特别提醒说只有接成正反馈才能正常工作，我也没做试验就拿它当经验，害得我重新做板）。4.VR2也可为电位器，调节电位器阻值大小可以改变温度的零点设定，例如Pt100的零点温度为0℃，即0℃时电阻为100Ω，当电位器阻值调至109.885Ω时，温度的零点就被设定在了25℃。测量电位器的阻值时须在没有接入电路时调节，这是因为接入电路后测量的电阻值发生了改变。5.理论上，运放输出的电压为输入压差信号×放大倍数，但实际在电路工作时测量输出电压与输入压差信号并非这样的关系，压差信号比理论值小很多，实际输出信号为4.096*(RPt100/(R1+RPt100)-RVR2/(R1+RVR2))（2-1）式中电阻值以电路工作时量取的为准。6.电桥的正电源必须接稳定的参考基准，因为如果直接VCC的话，当网压波动造成VCC发生波动时，运放输出的信号也会发生改变，此时再到以VCC未发4生波动时建立的温度-电阻表中去查表求值时就不正确了，这可以根据式（2-1）进行计算得知。2.1.2恒流源式测温电路测温原理：通过运放U1A将基准电压4.096V转换为恒流源，电流流过Pt100时在其上产生压降，再通