自动仪表检测温度控制系统的设计.docx
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1、自动检测技术及仪表大作业自动检测技术及仪表掌握系统工程设计学生姓名: 王芬学 号: 学院:信息与通信工程学院专业:自动化检测系统名称:温度检测系统的设计第- 1 -页大作业运用已经学过的温度、压力、流量、物位、机械量等检测原理和检测方法,查阅有关的文献资料,自行设计一个检测系统。要求:1、测试参数的检测原理和方法。2、设计整个系统的构造。3、传感器选型及参数说明。4、检测和转换电路的设计方案。5、每人独立完成,严禁同学之间相互抄袭,否则寻常成绩记为零。6、统一使用 A4 纸手写或打印,4 月 30 号前以班为单位送到 11 号楼 1312室,过时不候。一:设计目的1.1 温度掌握广泛应用于人们
2、的生产和生活中,人们使用温度计来采集温度,通过人工操作加热、通风和降温设备来掌握温度,这样不但掌握精度低、实时性差,而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户承受半导体二极管作温度传感器,但由于其互换性差,效果也不抱负。在某些行业中对温度的要求较高,由于工作环境温度不合理而引发的事故时有发生。对工业生产牢靠进展造成影响,甚至操作人员的安全。为了避开这些缺点,需要在某些特定的环境里安装数字温度测量及掌握设备。本设计由于承受了型单片机对温度进展掌握,以其测量精度高,操作简洁。可运行性强,价格低廉等优点,特别适用于生活,医疗,工业生产等方面的温度测量及掌握。本设计是一个数字温度测量及掌握系统,能测柜内的
3、温度,并能在超限的状况下进展掌握、调整,并报警。保证环境保持在限定的温度中。1.2 电路的总体工作原理温度掌握系统承受 AT89S51 八位机作为微处理单元进展掌握。承受 4X4 键盘把设定温度的最高值和最低值存入单片机的数据存储器,还可以通过键盘完成温度检测功能的转换。温度传感器把采集的信号与单片机里的数据相比较来掌握温度掌握器。系统框图如图 1.1:温度掌握温度传感器AT89S51键盘设定报警电路显示电路图 1.1 系统框图依据系统的设计要求,选择 DS18B20 作为本系统的温度传感器,选择单片机 AT89S51 为测控系统的核心来完成数据采集、处理、显示、报警等功能。选用数字温度传感器
4、DS18B20,省却了采样保持电路、运放、数模转换电路以及进展长距离传输时的串 并转换电路,简化了电路,缩短了系统的工作时间,降低了系统的硬件本钱。该系统的总体设计思路如下:温度传感器 DS18B20 把所测得的温度发送到 AT89S51单片机上,经过 51 单片机处理,将把温度在显示电路上显示,本系统显示器为点阵字符LCD,1602 液晶模块。检测范围 5 摄氏度到 60 摄氏度。本系统除了显示温度以外还可以设置一个温度值,对所测温度进展监控,当温度高于或低于设定温度时,开头报警并启动相应程序温度高于设定温度时,风扇开;当温度低于设定温度时,加热器开。中心微处理器 AT89S51: AT89
5、S51 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器,器件承受ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51 指令系统及80S51 引脚构造,芯片内集成了通用 8 位中心处理器和 ISP Flash 存储单元,功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为很多嵌入式掌握应用系统供给高性价比的解决方案。AT89S51 具有如下特点:40 个引脚,4k Bytes Flash 片内程序存储器,128 bytes的随机存取数据存储器RAM, 32
6、 个外部双向输入/输出I/O口,5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断,2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,看门狗WDT电路,片内时钟振荡器。此外,AT89S51 设计和配置了振荡频率,并可通过软件设置省电模式。空闲模式下, CPU 暂停工作,而RAM 定时计数器,串行口,外中断系统可连续工作,掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据,停顿芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP 和PLCC 等三种封装形式。AT89S51 单片机综合了微型处理器的根本功能。依据实际需要,同时也考虑到设计本钱与整个系统的精巧性,所以在本系统中就选用价格较低、工
7、作稳定的 AT89S51 单片机作为整个系统的掌握器。二、 器件选择及电路设计本设计是一个数字温度掌握系统,能测量温度,并能在超限的状况下进展掌握、调整, 并报警。2.1.1 具体指标正常工作温度范围: 560 温度误差:12.1.2 具体掌握要求依据设计的要求,要利用温度传感器实时温度。当温度高于设定的温度时 60,翻开降温装置进展调整使温度在设定的范围内。当温度低于设定的温度时5,翻开升温装置进展调整使温度在设定的范围内。同时要求能设定温度。毕业设计的主要任务是能对温度进展自动的检测和掌握。设计中承受单片机来掌握温度,因此要有温度的采集电路, 键盘显示电路,温控电路,报警电路等几个局部。要
8、实现系统的设计要用到的学问点有单片机的原理及其应用,温度传感器的原理和应用,及键盘和显示电路的设计等。2.2 温度传感器的选择2.2.1 承受模拟集成温度传感器集成传感器是承受硅半导体集成工艺而制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器,它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等,适合远距离测温、控温,不需要进展非线性校准,外围电路简洁。图 2-1 是 AD590 用于测量热力学温度的根本应用电路。由于流过AD590 的电流与热力学温度成正比,
9、当电阻 R1 和电位器 R2 的电阻之和为 1k时,输出00电压V O随温度的变化为 1mV/K。但由于 AD590 的增益有偏差,电阻也有误差,因此应对电路进展调整。调整的方法为:把AD590 放于冰水混合物中,调整电位器R2,使V =273.2mV。或在室温下(25)条件下调整电位器,使V =273.2+25=298.2mV。但这样调整只可保证在 0或 25四周有较高精度。AD590 把被测温度转换为电流再通过放大器和 A/D 转换器,输出数字量送给单片机进展温度掌握。自动检测技术及仪表大作业图 2.1 基于AD590 测温根本应用电路2.2.2 承受数字单片智能温度传感器智能温度传感器(
10、亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前,已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或存放器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中心掌握器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度掌握量,适配各种微掌握器(MCU). 智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、标准化,所承受的总线主要有单线(1-WIRE)总线、I2C 总线、SMBUS 总线和 SPI 总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进展通信。智能温度掌握器是
11、在智能温度传感器的根底上进展而成的。典型产品有 DS18B20, 智能温度掌握器适配各种微掌握器 ,构成智能化温控系统;它们还可以脱离微掌握器单独工作,自行构成一个温控仪。DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器,具有 3 引脚TO92 小体积封装形式;温度测量范围为55125,可编程为 9 位12 位A/D 转换精度,测温区分率可达 0.0625,被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出,其工作电源既可在远端引入,也可承受寄生电源方式产生;多个 DS18B20 可以并联到3 根或2 根线上,CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信,占用微处理器的端
12、口较少,可节约大量的引线和规律电路。同 DS1820 一样,DS18B20 也 支持“一线总线”接口,测量温度范围为 -55+125,在-10+85范围内,精度为 0.5。DS18B20 的精度较差为0.2 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。第- 7 -页自动检测技术及仪表大作业适合于恶劣环境的现场温度测量。如:环境掌握、设备或过程掌握、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同,的产品支持 3V5.5V 的电压范围,使系统设计更敏捷、便利。而且一代产品更廉价,体积更小。DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20 是世界上第一片支持 “一线总线”
13、接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络, 为测量系统的构建引入全概念。现在,一代的“DS1820”体积更小、更经济、更敏捷。使您可以充分发挥“一线总线”的特长。 DS18B20、 DS1822 “一线总线”数字化温度传感器 。由于 DS18B20 将温度传感器、信号放大调理、A/D 转换、接口全部集成于一芯片,与单片机连接简洁、便利,与 AD590 相比是更一代的温度传感器,所以温度传感器承受DS18B20。2.3 显示器的选择2.3.1 LED 显示器承受传统的七段数码 LED 显示器。LED 虽然价格廉价,但在现代的很多仪表、各种电子产品中渐渐被 LCD
14、 所取代。2.3.2 LCD 液晶屏承受 LCD 液晶屏进展显示。LCD 液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件,只要 2 3 伏就可以工作,工作电流仅为几微安,是任何显示器无法比较的,同时可以显示大量信息,除数字外,还可以显示文字、曲线,比传统的数码 LED 显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。优点为:1 显示质量高,由于液晶显示器的每一个点收到信号后就始终保持那种颜色和亮度恒定发光,因此液晶显示器的画质高而且不会闪耀。2 数字式接口,液晶显示器都是数字式的,和单片机的接口简洁操作也很便利。3 功率消耗小,相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动 IC
15、 上,因而耗电量比其他器件要小很多。虽然 LCD 显示器的价格比数码管要贵,但它的显示效果好,是当今显示器的主流, 所以承受 LCD 作为显示器。2.4 单片机的选择2.4.1 承受 AT89S51 单片机由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用,世界上很多集成电路生产厂家第- 10 -页相继推出了各种类型的单片机,在单片机家族的众多成员中,MCS-51 系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高牢靠性和高性能价格比,快速占据了工业测控和自动化工程应用的主要市场,成为国内单片机应用领域中的主流。单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两个分 支。通用计算机系统主要
16、用于海量高速数值运算,不必兼顾掌握功能,其数据总线的宽度不断更,从 8 位、16 位快速过渡到 32 位、64 位,并且不断提高运算速度和完善通用操作系统,以突出其高速海量数值运算的力量,在数据处理、模拟仿真、人工智能、图像处理、多媒体、网络通信中得到了广泛应用;单片机作为最典型的嵌入式系统,由于其微小的体积和极低的本钱,广泛应用于家用电器、机器人、仪器仪表、工业掌握单元、办公自动化设备以及通信产品中,成为现代电子系统中最重要的智能化工具。因此,单片机的出现大大促进了现代计算机技术的飞速进展,成为近代计算机技术进展史上一个重要里程碑。由于 MCS 系列单片机集成了几乎完善的中心处理单元,处理功
17、能强,中心处理单元中集成了便利敏捷的专用存放器,这给我们利用单片机供给了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上,使得数据传送距离大大缩短,运行速度更快,牢靠性更高,抗干扰力量更强。由于属于芯片化的微型计算机,各功能部件在芯片中的布局和构造到达最优化,工作也相对稳定。51 的优点是价钱廉价,I/O 口多,程序空间大。因此, 测控系统中,使用 51 单片机是最抱负的选择。单片机属于典型的嵌入式系统,所以它是低端掌握系统最正确器件。单片机的开发环境要求较低,软件资源格外丰富,开发工具和语言也大大简化。单片机的典型代表是 Intel 公司在 20 世纪 80 年月初研制出来的 MC
18、S51 系列单片机。MCS51 单片机很快在我国得到广泛的推广应用,成为电子系统中最普遍的应用手段,并在工业掌握、交通运输、家用电器、仪器仪表等领域取得了大量应用成果。以 MCS-51 技术核心为主导的单片机已成为很多厂家、电气公司竞相选用的对象,并以此为基核,推出很多与 MCS51 有极好兼容性的 CHMOS 单片机,同时增加了一些的功能,所以用 AT89S51。3.1 单片机最小系统的设计目前的单片机开发系统只能够仿真单片机,却没有给用户供给一个通用的最小系统。由设计的要求,只要做很小集成度的最小系统应用在一些小的掌握单元。其应用特点是:(1) 全部 I/O 口线均可供用户使用。(2) 内
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