电气自动化毕业设计论文[

WORD格式可编辑专业技术资料整理分享宁夏理工学院基于单片机控制的温度采集与测量系别：电气工程系专业：电气自动化班级：电30姓名田云星学号：102130830033指导教师：孔红马宁2011年5月20日.WORD完美格式..技术资料.专业整理.摘要近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展，从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。本设计是基于单片机ATMAGE16设计的实时温度采集仪，通过本次设计，我成功的实现了利用单片机对温度的采集和测量。关键词单片机；DS18B20；ICCAVR.WORD完美格式..技术资料.专业整理.目录1绪论...............................................................11.1单片机的基础知识课题背景.........................................11.2课题背景.........................................................11.3设计目的及系统功能.................................................12.电路的设计..........................................................12.1温度测量电路的设计...............................................12.2串口通信电路的设计...............................................13分布式温度采集系统设计.............................................14ICCAVR制作环境及介绍..............................................14.1ICCAVR介绍......................................................14.2ICCAVR向导......................................................1结论................................................................1参考文献..............................................................1附件1：总系统的原理图如下：...........................................1.WORD完美格式..技术资料.专业整理.1绪论二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在这个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展，从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机在国内的三大领域中应用得十分广泛：第一是家用电器业，例如全自动洗衣机、智能玩具；第二是通讯业，包括电话、手机和BP机等等；第三是仪器仪表和计算机外设制造，例如软盘、硬盘、收银机、电表。除了上述传统领域外，汽车、电子工业在国外也是单片机应用十分广泛的一个领域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多能灵活的组装成各种智能控制装置，由它构成的智能仪表解决了长期以来测量仪器中的误差的修正、线性处理等问题。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。1.1单片机的基础知识.WORD完美格式..技术资料.专业整理.单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MSC-51单片机作为代表进行理论基础学习。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。DP-51S单片机仿真实验仪是由广州致远电子有限公司设计的DP系列单片机仿真实验仪之一，是一种功能强大的单片机应用技术学习、调试1.2课题背景分布式温度采集系统广泛应用在使用了中央空调的大型商场、厂房、办公大楼等大型建筑内。本课题主要用温度传感器对环境温度实施实时监测，各结点控制单元可将有关信息上传给计算机，本课题研究主要解决的问题为分布式控制结构设计、多单片机串行通信、温度的采集与处理。本设计是基于单片机ATMAGE16设计的实时温度采集仪,采用DS18B20可以采集多路温度数据(本设计只用了2路),同时实时显示所采集到的温度值。在传统的温度测量系统设计中，往往采用模拟技术进行设计，这样就不可避免地遇到诸如引线误差补偿、多点测量中的切换误差和信号调理电路的误差等问题;而其中某一环节处理不当，就可能造成整个系统性能的下降。随着现代科学技术的飞速发展，特别是大规模集成电路设计技术的发展，微型化、集成化、数字化正成为传感器发展的一个重要方向。美国Dallas半导体公司推出的数字温度传感器DSl8B20，具有独特的单总线接口，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与微处理器的通信;在-10～+85℃温度范围内具有±O.01℃精度;用户可编程设定9～12位的分辨率。以上特性使得DSl8B20非常适用于构建高精度、多点温度测量系统。1.3设计目的及系统功能本设计的目的是以单片机为核心设计出一个分布式温度采集系统。在传统测量系统中，传感器与计算机接口的连接是通过若干条导线连接。当传感器数量较多时，尤其是信号线的长距离传输时，相互容易产生干扰。一个室内多点温度测量中，系统的接线会非常多，导线往往不易铺设，使得测量工作非常困难。采用总线结构数字式.WORD完美格式..技术资料.专业整理.传感器，配合单片机及PC机串口进行长距离数据通信，则可以很容易解决这个问题，该系统最多可以检测256路温度信号，在室内多点温度测量控制中能达到很好的效果。通过本课题设计，综合运用单片机及接口技术、微机原理、通信协议，锻炼动手操作能力，综合运用能力，学习论文的写作方法和步骤。设计的温度控制系统有以下功能及特点：(a)实现在一条数据总线上接多个DS18B20器件；(b)测温范围0℃～99℃；(c)温度显示：采用2个4位数码管,显示采样温度值；并在电脑上一同显示；(d)精度±0.01℃。2电路的设计本章分析了分布式温度采集系统的各主要功能模块的设计与实现，具体包括温度测量电路模块和串口通信电路模块。2.1温度测量电路的设计温度测量采用DS18B20数字式温度传感器。由DS18B20构成的智能温度测量装置由三部分组成：DS18B20温度传感器、ATMAGE16、显示模块。产品的主要技术指标：①测量范围：-55℃～+125℃，②测量精度：0.5℃，③反应时间≤500ms。为了达到更高的精度，则在对DSl8B20测温原理进行详细分析的基础上，采取直接读取DSl8B20内部暂存寄存器的方法，将DSl8B20的测温分辨率提高到0.01℃～0.1℃，DSl8B20内部暂存寄存器的分布如表4-1所列，其中第7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器l的计数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数值。这样，就可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。表4-1DS18B20内部暂存器序号寄存器名称作用序号寄存器名称0温度低字节以16位补码形式存放4、5保存字节1、21温度高字节6计数器余值2TH/用户字节1存放温度上限7计数器/℃3HL/用户字节2存放温度下限8CRC基于DS18B20的温度测量装置电路图如图4.1所示：.WORD完美格式..技术资料.专业整理.图2.1温度测量电路温度传感器DS18B20将被测环境温度转化成带符号的数字信号（以十六位补码形式，占两个字节），传感器可置于离装置150米以内的任何地方，输出脚I/O直接与单片机的P1.1相连，R1为上拉电阻，传感器采用外部电源供电。ATMAGE16是整个装置的控制核心，ATMAGE16内带1K字节的FlashROM,用户程序存放在这里。显示器模块由四位一体的共阳数码管和4个9012组成。系统程序分传感器控制程序和显示器程序两部分，传感器控制程序是按照DS18B20的通信协议编制。系统的工作是在程序控制下，完成对传感器的读写和对温度的显示。2.2串口通信电路的设计为了增加单片机多机通信的距离，该部分电路采用RS232标准接口，通信距离可以达到15米；如果采用RS422或是RS485接口，通信距离会更远。多机通信接口原理图见图1。在数据传输过程中采用的是RS232电平，提高了抗干扰能力。需要在主机串行接口和从机串行接口进行电平转换：TTL-RS232-TTL。这都是用MAX232接口芯片实现的，具体的电路如图4.2所示。.WORD完美格式..技术资料.专业整理.图4.2TTL-RS232-TTL电平转换电路3分布式温度采集系统设计数字式传感器一般采用单总线技术(1-WIREBUS），即在单片机或计算机接口中只用一根导线（输入/输出信号线），美国Dallas公司最新推出的1-WireBus数字式温度传感器DS18B20，与传统的温度传感器不同，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化为9位和12位的数字量，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃；为实现与PC