貨車輪轂溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢畢業(yè)業(yè)論論文文 ( (設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)) ) 題目名稱：題目名稱： 貨車輪轂溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)貨車輪轂溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目類型：題目類型： 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 劉芬劉芬 院院 ( (系系) )： 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 裝備裝備 1090110901 班班 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 張善彪張善彪 輔導(dǎo)教師：輔導(dǎo)教師： 時(shí)時(shí) 間：間： 2013.32013.3 至至 2013.62013.6 貨車輪轂溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)貨車輪轂溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生：劉芬，過(guò)程裝備與控制工程 指導(dǎo)教師：張善彪，過(guò)程裝備與控制工程 摘要大型貨車在丘陵地帶或坡道上行駛時(shí)需頻繁或長(zhǎng)時(shí)間剎

2、車，會(huì)造成剎 車鼓（盤） 、制動(dòng)蹄溫度驟升，輪轂溫度聚增，在劇烈高溫下最終會(huì)導(dǎo)致剎車失靈， 以及溫度過(guò)高至使輪胎氣壓過(guò)高而出現(xiàn)爆胎現(xiàn)象而造成安全事故，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外剎 車過(guò)熱問(wèn)題采取的解決方法的研究,最好的解決方案是設(shè)計(jì)出了一套大型貨車制動(dòng)過(guò) 熱自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置,該系統(tǒng)由溫度檢測(cè)單元、液位檢測(cè)單元、人機(jī)接口單元以及單 片機(jī)控制單元等部分組成。該系統(tǒng)是以鉑電阻 pt100 作為溫度傳感器，采用恒流測(cè) 溫的方法，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制，用放大器、a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度信號(hào)的采集。另 外，還設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路模塊，能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量。本設(shè)計(jì)采用了兩線制鉑電 阻溫度測(cè)量電路，通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，減小了測(cè)量電路

3、及 pt100 自身的誤差，使溫 控精度在 0100范圍內(nèi)達(dá)到0.1。本文采用 at89s51 單片機(jī)，tlc2543 a/d 轉(zhuǎn)換器，ds1302 時(shí)鐘芯片，ad620 放大器，鉑電阻 pt100 及 6 位數(shù)碼管組成系統(tǒng)， 編寫了相應(yīng)的軟件程序,使其實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯示。該系統(tǒng)點(diǎn)是：使用簡(jiǎn)便；測(cè)量精 確、穩(wěn)定、可靠；測(cè)量范圍大；使用對(duì)象廣。主控芯片根據(jù)設(shè)定的溫度條件輸出控 制信號(hào),啟動(dòng)噴水設(shè)備對(duì)剎車系統(tǒng)降溫;在手動(dòng)方式下,也可以控制單片機(jī)啟動(dòng)噴水設(shè) 備，降低剎車系統(tǒng)的溫度。本課題對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行分析說(shuō)明，通過(guò)繪制相 關(guān)的硬件連接圖和軟件流程圖,建立系統(tǒng)軟硬件模型，證明該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大

4、型貨 車制動(dòng)過(guò)熱自動(dòng)控制的功能。 關(guān)鍵詞pt100，單片機(jī)，溫度測(cè)量，ds1302 design of the temperature self-control of the truck skid system abstract required frequent or prolonged braking when large vehicles with goods driving on hills or ramps ,it will cause the brake drum (disk) , brake shoe temperature leapt hub ,at the same time

5、, it will increase the truck skid system in the high temperature , eventually ,the result willcause severe brake failure, and the high tire pressure temperature is too high to make the phenomenon appear flat tire and caused accidents, according to research the solutions of overheated brakes in abroa

6、d, the best way solution is designing a new set of device .the set of device with the temperature self-control of the truck skid system inclusions the temperature detection unit, the level detection unit,the man-machine interface unit and the mcu control unit and other components. the system is base

7、d on a pt100 platinum resistance as temperature sensor, using the constant-current temperature method, through the single-chip microcomputer control, amplifier, a/d converter, temperature signal acquisition. in addition, also designed the clock circuit module, can realize the real-time measurement o

8、f temperature. this design adopts two wire platinum resistance temperature measurement circuit, the design of circuit, reduces the error of the measurement circuit and its pt100, the precision of temperature is 0 100 reach 0.1 . this paper uses the at89s51 microcontroller, tlc2543 a/d converter, ds1

9、302 clock chip, ad620 amplifier, platinum resistance pt100 and the 6 digital tube system, compiled the corresponding software program, so as to realize the real-time display of temperature. the system is simple: use; measurement accuracy, stability, reliability; measurement range; widely used object

10、.the main chip export the output control signal according to the main chip set temperature, to start to spraying equipment to cool the braking system; in the manual mode, you can start spraying equipment to reduce the temperature of the truck skid system. the topic of the device need hardware and so

11、ftware analysis ,it need establish the system hardware and software model by drawing the relevant hardware connection diagram and software flow chart , in order to prove that the device can realize the function of reducing the temperature of the truck skid system. keywords: pt100 mcu temperature mea

12、surement ds1302 目目 錄錄 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 . 開題報(bào)告. 指導(dǎo)教師審查意見. 評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ). 答辯會(huì)議記錄. 中文摘要. 外文摘要. 1 緒論.5 1.1 研究背景及意義 .5 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .6 1.3 研究?jī)?nèi)容 .6 2 溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.7 2.1 溫度測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) .7 2.2 溫度控制器功能設(shè)計(jì) .10 2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu) .11 3 電路硬件設(shè)計(jì).12 3.1pt100 溫度傳感器特性和測(cè)溫原理 .12 3.2 恒流源電路 .13 3.3 放大電路的設(shè)計(jì) .14 3.4a/d 轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計(jì)電路 .16 3.5ds1302 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

13、.18 3.6 單片機(jī)控制電路 .20 3.7 按鍵和顯示電路 .24 3.8 其他設(shè)備的選用 .25 4 電路軟件設(shè)計(jì).28 4.1 系統(tǒng)的軟件程序流程圖 .29 4.2 功能分析跟算法的選用 .33 5 實(shí)驗(yàn)方案.34 5.1 實(shí)驗(yàn)室模擬 .36 5.2 現(xiàn)場(chǎng)模擬 .37 6 結(jié)論.38 參考文獻(xiàn).39 致謝.40 附錄.41 1 緒論緒論 1.1 研究背景及意義研究背景及意義 隨著交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，大型貨車已成為這一行業(yè)中必不可缺的交通運(yùn)輸工具。 由于路況以及車輛自身的問(wèn)題，在長(zhǎng)途運(yùn)輸時(shí)，往往需頻繁使用剎車系統(tǒng)，因此， 在整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中，剎車系統(tǒng)常常工作于高溫環(huán)境中，很容易造成以下問(wèn)題：

14、在高 溫環(huán)境中，剎車系統(tǒng)的各工作部件易發(fā)生氧化，會(huì)減少剎車系統(tǒng)的使用壽命，甚至 可能導(dǎo)致剎車失靈，造成安全事故。為此，國(guó)外多采用為車輛安裝輔助制動(dòng)裝置的 方法，能較好地提高制動(dòng)效果，但由于我國(guó)道路地形復(fù)雜，該裝置的實(shí)際使用效果 并不是很理想，另外常用的方法是采用改良剎車片的材料，雖然效果較好，但材料 研制復(fù)雜、成本較高，使用并不普遍。目前，國(guó)內(nèi)很多駕駛員為了降低運(yùn)輸成本， 都會(huì)在車上安裝一個(gè)高位水箱，利用其高位產(chǎn)生的壓力將其傳送到剎車轂上，從而 冷卻車轂，但是在行車過(guò)程中司機(jī)要根椐當(dāng)時(shí)的具體情況來(lái)控制水箱開關(guān)，而水箱 的高度有限，壓力太小，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)噴嘴堵塞現(xiàn)象，或利用剎車本身的氣壓來(lái)實(shí)現(xiàn) 剎

15、車淋水冷卻，這種方式對(duì)水箱等配件的密封性能和受壓能力要求高，容易損壞水 箱等配件，為了更好地解決大型貨車制動(dòng)安全問(wèn)題，保持剎車系統(tǒng)性能穩(wěn)定，本課 題設(shè)計(jì)了一種大型貨車制動(dòng)過(guò)熱自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以鉑電阻 pt100 作為溫度 傳感器，采用恒流測(cè)溫的方法，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制，用放大器、a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 溫度信號(hào)的采集。另外，還設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路模塊，能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量。本設(shè) 計(jì)采用了兩線制鉑電阻溫度測(cè)量電路，通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，減小了測(cè)量電路及 pt100 自身的誤差，使溫控精度在 0100范圍內(nèi)達(dá)到0.1。本文采用 at89s51 單片機(jī)，tlc2543a/d 轉(zhuǎn)換器，ds1302 時(shí)鐘芯片

16、，ad620 放大器，鉑電 阻 pt100 及 6 位數(shù)碼管組成系統(tǒng)，編寫了相應(yīng)的軟件程序，使其實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯 示。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是：使用簡(jiǎn)便；測(cè)量精確、穩(wěn)定、可靠；測(cè)量范圍大；使用對(duì)象廣。 主控芯片根據(jù)設(shè)定的溫度條件輸出控制信號(hào)，啟動(dòng)噴水設(shè)備對(duì)剎車系統(tǒng)降溫；在手 動(dòng)方式下，也可以控制主控芯片啟動(dòng)噴水設(shè)備，降低剎車系統(tǒng)的溫度。使用該系統(tǒng)， 既可減緩剎車系統(tǒng)工作零件因溫度過(guò)高而加速氧化的問(wèn)題，增加剎車系統(tǒng)的使用壽 命，還能減少因熱衰退現(xiàn)象而造成的車輛行駛安全隱患，保持剎車系統(tǒng)性能穩(wěn)定， 提高行駛的安全性。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)外溫度測(cè)控系統(tǒng)研究國(guó)外溫度測(cè)控系統(tǒng)研究

17、國(guó)外對(duì)溫度控制技術(shù)研究得比較早，開始于 20 世紀(jì) 70 年代左右，先是采用模 擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)的信息并進(jìn)行指示、記錄和控制等，80 年代末出現(xiàn)了分 布式的控制系統(tǒng)，目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系 統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國(guó)的溫度測(cè)控技術(shù)發(fā)展十分迅猛，一些國(guó)家在所實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ) 上正向著完全自動(dòng)化、無(wú)人化的方向發(fā)展。 1.2.2 國(guó)內(nèi)溫度測(cè)控系統(tǒng)研究國(guó)內(nèi)溫度測(cè)控系統(tǒng)研究 我國(guó)對(duì)于溫度測(cè)控技術(shù)的研究較晚一些，開始與 20 世紀(jì) 80 年代左右。我國(guó)的 工程技術(shù)人員在吸收和借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家溫度測(cè)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，掌握了溫度室內(nèi)微機(jī) 控制技術(shù)，不過(guò)該技術(shù)僅限于對(duì)溫度的單項(xiàng)環(huán)境因子

18、的控制的方面。我國(guó)在溫度測(cè) 控設(shè)施計(jì)算機(jī)方面的應(yīng)用，總體上正在從消化吸收、簡(jiǎn)單應(yīng)用階段向?qū)嵱没⒕C合 性應(yīng)用階段過(guò)渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制單參數(shù)單回路的系統(tǒng)居多，目前 還沒(méi)有真正意義上所講的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的溫度控制 系統(tǒng)方面仍然存在著比較大的差距。我國(guó)的溫度測(cè)量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到工廠 化的程度，生產(chǎn)實(shí)際中仍然存在著種種問(wèn)題，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化的程 度地，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點(diǎn)。 隨著科技的發(fā)展和全球化的經(jīng)濟(jì)日益趨于整體化，以單片機(jī)為核心的控制溫度 的系統(tǒng)必將成為單片機(jī)發(fā)展的整體趨勢(shì)。在不久的未來(lái)，藝考著單片機(jī)控制溫度

19、所 帶來(lái)的便捷將充斥著日常生活的各個(gè)方面，而且在工業(yè)化方面也將體現(xiàn)出單片機(jī)控 制溫度系統(tǒng)所帶來(lái)的益處。 1.3 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 車輛在丘陵地帶或坡道上行駛時(shí)頻繁或長(zhǎng)時(shí)間剎車，這會(huì)造成剎車鼓（盤） 、制 動(dòng)蹄溫度驟升（尤其是大型貨車） ，輪轂溫度聚增，嚴(yán)重發(fā)熱，在劇烈高溫下最終會(huì) 導(dǎo)致剎車失靈，以及溫度過(guò)高至使輪胎氣壓過(guò)高而出現(xiàn)爆胎現(xiàn)象而產(chǎn)生安全事故， 那么如何才能有效的避免制動(dòng)過(guò)熱現(xiàn)象呢？那就要有一套設(shè)備能有效解決制動(dòng)過(guò)熱 問(wèn)題，本課題就是設(shè)計(jì)了一種大型貨車制動(dòng)過(guò)熱自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置。該系統(tǒng)是以鉑 電阻 pt100 作為溫度傳感器，采用恒流測(cè)溫的方法，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制，用放大 器、a/d 轉(zhuǎn)

20、換器進(jìn)行溫度信號(hào)的采集。另外，還設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路模塊，能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫 度的實(shí)時(shí)測(cè)量。本設(shè)計(jì)采用了兩線制鉑電阻溫度測(cè)量電路，通過(guò)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，減 小了測(cè)量電路及 pt100 自身的誤差，使溫控精度在 0100范圍內(nèi)達(dá)到0.1。 本文采用 at89s51 單片機(jī)，tlc2543 a/d 轉(zhuǎn)換器，ds1302 時(shí)鐘芯片，ad620 放大 器，鉑電阻 pt100 及 6 位數(shù)碼管組成系統(tǒng)，編寫了相應(yīng)的軟件程序，使其實(shí)現(xiàn)溫度 的實(shí)時(shí)顯示。該系統(tǒng)點(diǎn)是：使用簡(jiǎn)便；測(cè)量精確、穩(wěn)定、可靠；測(cè)量范圍大；使用 對(duì)象廣。主控芯片根據(jù)設(shè)定的溫度條件輸出控制信號(hào)，啟動(dòng)噴水設(shè)備對(duì)剎車系統(tǒng)降 溫；在手動(dòng)方式下，也可以控制單片機(jī)啟動(dòng)

21、噴水設(shè)備，降低剎車系統(tǒng)的溫度。 2 2 溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 2.1 溫度測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)溫度測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖圖 1 1 溫度測(cè)控系統(tǒng)的組成框溫度測(cè)控系統(tǒng)的組成框 輪轂溫度 傳感器 控制器 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 水箱 2.1.1 溫度傳感器安裝位置溫度傳感器安裝位置 溫度傳感器的安裝對(duì)設(shè)計(jì)裝置的控制精度和它本身的使用壽命勻有很大的影響， 那怎么去解決這個(gè)問(wèn)題，下面就介紹一下影響溫度傳感器使用壽命的幾個(gè)因素：1 使用溫度傳感器的溫度的不能高與它本身的使用范圍，而且必須對(duì)它的溫度有留有 一定的溫度空間。2 要使測(cè)出的溫度能如實(shí)反映要測(cè)的溫度。3 防止靜電產(chǎn)生，盡可 能與電熱部分絕緣。4 要

22、保持輸出端的清潔干凈，避免發(fā)生短路、斷路、生銹，接 觸不良的現(xiàn)象。 很多車輛同時(shí)使用盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器，盤式制動(dòng)器多用于前輪上，而鼓 式制動(dòng)器用于后輪，盤式制動(dòng)器摩擦力由制動(dòng)片產(chǎn)生，這些制動(dòng)片被擠壓和夾緊到 制動(dòng)盤上，制動(dòng)盤安裝在車輪上。制動(dòng)盤為鑄造件，對(duì)它的兩側(cè)進(jìn)行機(jī)加工。制動(dòng) 片附在金屬板上，金屬板由液壓系統(tǒng)中的活塞推動(dòng)。對(duì)兩種不同的制動(dòng)器，可采取 不同的安裝方法，以利于傳感器的測(cè)量精度和使用壽命。 盤式制動(dòng)系統(tǒng)的活塞安裝在制動(dòng)鉗里或固定在制動(dòng)鉗上，制動(dòng)鉗不轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)?它與車輛底盤相連接。制動(dòng)鉗由液壓活塞、缸體、密封圈、彈簧以及用來(lái)產(chǎn)生活塞 與制動(dòng)片推動(dòng)力的液壓油通道。制動(dòng)片垂直作用于

23、轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)盤上?？紤]到如果將 pt100 傳感器安裝在制動(dòng)片或制動(dòng)鉗上，噴頭噴水會(huì)使溫度傳感器檢測(cè)失誤，并且 工作環(huán)境惡劣，暴露在空氣中，所以最好將其安裝在輪轂內(nèi)，如轉(zhuǎn)速傳感器那樣安 裝。 2.1.2 溫度傳感器的選擇溫度傳感器的選擇 大型貨車行駛時(shí)頻繁或長(zhǎng)時(shí)間剎車會(huì)導(dǎo)致輪轂發(fā)熱，溫度可以高達(dá) 300，所 以本課題中的主要技術(shù)指標(biāo)：1.測(cè)溫范圍，-200650 攝氏度；2.測(cè)溫精度，0.1 攝氏 度。 溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度 傳感器直接與待測(cè)物體接觸，而后者是使溫度傳感器與待測(cè)物體離開一定的距離， 檢測(cè)從待測(cè)物體放射出的紅外線，達(dá)到測(cè)溫的目的。在接

24、觸式和非接觸式兩大類溫 度傳感器中，相比運(yùn)用多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場(chǎng) 合才使用，目前得到廣泛使用的接觸式溫度傳感器主要有熱電式傳感器，其中將溫 度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化的稱為 熱電偶傳感器。 熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式和半導(dǎo)體熱電阻式兩大類，前者簡(jiǎn)稱熱電阻， 后者簡(jiǎn)稱熱敏電阻。常用的熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等，它具有高溫度系數(shù)、 高電阻率、化學(xué)、物理性能穩(wěn)定、良好的線性輸出特性等，常用的熱電阻如 pt100、pt1000 等。近年來(lái)各半導(dǎo)體廠商陸續(xù)開發(fā)了數(shù)字式的溫度傳感器，如 dallas 公司 ds18b20，max

25、im 公司的 max6576、max6577，adi 公司的 ad7416 等，這些芯片的顯著優(yōu)點(diǎn)是與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，如 pt100 該溫度傳感器 為單總線技術(shù)，maxim 公司的 2 種溫度傳感器一個(gè)為頻率輸出，一個(gè)為周期輸出， 其本質(zhì)均為數(shù)字輸出，而 adi 公司的 ad7416 的數(shù)字接口則為近年也比較流行的 i2c 總線，這些本身都帶數(shù)字接口的溫度傳感器芯片給用戶帶來(lái)了極大的方便，但 這類器件的最大缺點(diǎn)是測(cè)溫的范圍太窄，一般只有-55+125，而且溫度的測(cè)量精 度都不高，好的才0.5，一般有2左右，因此在高精度的場(chǎng)合不太滿足用戶的 需要。 熱電偶是目前接觸式測(cè)溫中應(yīng)用也十分廣泛的熱電

26、式傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 制造方便、測(cè)溫范圍寬、熱慣性小、準(zhǔn)確度高、輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。常用的 熱電偶材料有鉑銠-鉑、銥銠-銥、鎳鐵-鎳銅、銅-康銅等，各種不同材料的熱電偶 使用在不同的測(cè)溫范圍場(chǎng)合。熱電偶的使用誤差主要來(lái)自于分度誤差、延伸導(dǎo)線誤 差、動(dòng)態(tài)誤差以及使用的儀表誤差等。 非接觸式溫度傳感器主要是被測(cè)物體通過(guò)熱輻射能量來(lái)反映物體溫度的高低， 這種測(cè)溫方法可避免與高溫被測(cè)體接觸，測(cè)溫不破壞溫度場(chǎng)，測(cè)溫范圍寬，精度高， 反應(yīng)速度快，既可測(cè)近距離小目標(biāo)的溫度，又可測(cè)遠(yuǎn)距離大面積目標(biāo)的溫度。目前 運(yùn)用受限的主要原因一是價(jià)格相對(duì)較貴，二是非接觸式溫度傳感器的輸出同樣存在 非線性的問(wèn)題，而

27、且其輸出受與被測(cè)量物體的距離、環(huán)境溫度等多種其它因素的影 響。 由于本設(shè)計(jì)的任務(wù)是要求測(cè)量的范圍為 0300，測(cè)量的分辨率為0.1，綜合 價(jià)格以及后續(xù)的電路，決定采用線性度相對(duì)較好的 pt100 作為本課題的溫度傳感器， 具體的型號(hào)為 wzp 型鉑電阻，該傳感器的測(cè)溫范圍從200650。 溫度測(cè)量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以 及新興的智能型傳感器。 方案一：采用模擬分立元件 如電容、電感或晶體管等非線形元件，該方案設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單易懂，操作簡(jiǎn)單， 且價(jià)格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測(cè)量誤差大。 方案二：采用溫度傳感器 通過(guò)溫度傳感器采集溫度信

28、號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后，送到 a/d 轉(zhuǎn)換芯片，將 模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，傳送給單片機(jī)控制系統(tǒng)，最后經(jīng)過(guò) led 顯示溫度。 熱電阻也是最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定， 使用方便，測(cè)量范圍為-200650，完全滿足要求，考慮到鉑電阻的測(cè)量精確度 是最高的，所以我們?cè)O(shè)計(jì)最終選擇鉑電阻 pt100 作為傳感器。該方案采用熱電阻 pt100 做為溫度傳感器、ad620 作為信號(hào)放大器，tlc2543 作為 a/d 轉(zhuǎn)換部件，對(duì) 于溫度信號(hào)的采集具有大范圍、高精度的特點(diǎn)。相對(duì)與方案一，在功能、性能、可 操作性等方面都有較大的提升。在這里我選用方案二完成本次設(shè)計(jì)。 2.2 溫度

29、控制器功能設(shè)計(jì)溫度控制器功能設(shè)計(jì) 遙控發(fā)射接收裝置控制大型貨車制動(dòng)過(guò)熱自動(dòng)控制系統(tǒng)的開啟或關(guān)閉，有自動(dòng) 和手動(dòng)兩種工作模式；自動(dòng)方式下，pt100 溫度傳感器通過(guò)感應(yīng)當(dāng)前剎車轂或止動(dòng) 蹄上的溫度，對(duì)剎車系統(tǒng)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，溫度信號(hào)輸入到主控芯片(at89c51 單片機(jī))，主控芯片根據(jù)設(shè)定的溫度條件輸出控制信號(hào)，啟動(dòng)噴水設(shè)備對(duì)剎車系統(tǒng)降 溫；在手動(dòng)方式下，也可以控制單片機(jī)啟動(dòng)噴水設(shè)備，降低剎車系統(tǒng)的溫度。 1）有遙控功能，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式。 2）在自動(dòng)模式下，行駛或者制動(dòng)過(guò)程中，溫度傳感器感應(yīng)到溫度，當(dāng)溫度大于 80 度小于 120 度時(shí)，大型貨車制動(dòng)過(guò)熱自動(dòng)控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)打開一個(gè)電

30、磁閥并且 水泵吸水，通過(guò)噴頭噴水冷卻剎車轂；當(dāng)大于 120 度小于 150 度時(shí)，大型貨車制動(dòng) 過(guò)熱自動(dòng)控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)打開兩個(gè)電磁閥，水泵吸水，通過(guò)噴頭噴水冷卻剎車轂； 大于 150 度時(shí)，大型貨車制動(dòng)過(guò)熱自動(dòng)控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)打開三個(gè)電磁閥，水泵吸 水，通過(guò)噴頭噴水冷卻剎車轂，并且系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，駕駛者可采取措施。 3）對(duì)各個(gè)車輪的溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)，二極管綠燈亮表示車輪溫度到達(dá) 80 度，二極 管黃燈亮表示車輪溫度在 120 度至 150 度之間，閃爍二極管發(fā)光表示車輪溫度大于 150 度，由此提醒駕駛者。 4）在手動(dòng)模式下，通過(guò)對(duì)各個(gè)車輪溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，可以對(duì)單個(gè)車輪的噴水設(shè) 施進(jìn)行控制，以

31、解決轉(zhuǎn)向剎車時(shí)單個(gè)車輪溫度過(guò)高的問(wèn)題。 5）當(dāng)水箱中的水用完，位置傳感器檢測(cè)到，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，制動(dòng)過(guò)熱自動(dòng) 控制系統(tǒng)停止工作。 2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 本系統(tǒng)主要包括 4 個(gè)功能單元：溫度檢測(cè)單元、液位檢測(cè)單元、人機(jī)接口單元 以及單片機(jī)控制單元，各個(gè)單元之間的聯(lián)系如圖 2 所示。 液位檢測(cè)溫度檢測(cè)人機(jī)接口 at89c51 溫度信號(hào) 參數(shù)輸入 液位信號(hào) 控制輸出 顯示輸出 圖圖 2 2 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)包含由 at89c51 單片機(jī)，蜂鳴器，電磁閥，pt100 溫度傳感器， 2262，2272 遙控發(fā)射接收裝置，圓柱電容開關(guān)式傳感器，由 3 組加了閥門的導(dǎo)管， 12 個(gè)噴水量相同的

32、噴頭，4 個(gè) 12v 水泵，2262，2272 遙控發(fā)射接收單元，發(fā)光二極 管，普通二極管，電源單元組成。實(shí)際使用中，將本系統(tǒng)與普通的噴淋設(shè)備組合， 即可實(shí)現(xiàn)剎車系統(tǒng)溫度的自動(dòng)控制。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)， 利用 12 v 車輛電源，通過(guò) lm7805 芯片穩(wěn)壓至 5 v 后供電。系統(tǒng)支持溫度多點(diǎn)測(cè)量，每隔 1 s 對(duì)剎車系統(tǒng)溫度 進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定界限值時(shí)，由單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)噴淋設(shè)備，對(duì) 剎車系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)射式噴水降溫。同時(shí)，該系統(tǒng)也提供了簡(jiǎn)易的水箱液位檢測(cè)功能， 當(dāng)水箱缺水時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警。該制動(dòng)過(guò)熱自動(dòng)控制有遙控功能，有手動(dòng)自動(dòng)模式， 根據(jù)感應(yīng)溫度自動(dòng)灑水，水箱水位過(guò)低自動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)切斷

33、電源功能，對(duì)各個(gè)車輪 溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。本系統(tǒng)在實(shí)際使用方便，無(wú)需由使用者進(jìn)行復(fù)雜的初始化， 并且系統(tǒng)還提供了一 個(gè)基本的人機(jī)接口單元，使用者通過(guò)該單元,可進(jìn)行遙控控制。 3 電路硬件設(shè)計(jì)電路硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的工作原理：測(cè)溫的模擬電路是把當(dāng)前 pt100 熱電阻傳感器的電阻值，轉(zhuǎn) 換為容易測(cè)量的電壓值，經(jīng)過(guò)放大器放大信號(hào)后送給 a/d 轉(zhuǎn)換器把模擬電壓轉(zhuǎn)為數(shù) 字信號(hào)后傳給單片機(jī) at89s51，單片機(jī)再根據(jù)公式換算把測(cè)量得的溫度傳感器的電 阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，并將數(shù)據(jù)送出到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。另外，外接一個(gè)時(shí)鐘芯片 ds1302 產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)送入到單片機(jī)中進(jìn)行處理控制，并將時(shí)間顯示出來(lái)，以實(shí)現(xiàn)溫 度

34、的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括溫度信號(hào)采集單元，時(shí)間信號(hào)采集單元，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理 單元，時(shí)間、溫度顯示單元。其中溫度信號(hào)的數(shù)據(jù)采集單元部分包括溫度傳感器、 溫度信號(hào)的獲取電路（采樣） 、放大電路、a/d 轉(zhuǎn)換電路。 系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖如圖 3 所示。 信號(hào)放 大調(diào)理 電路 pt100 溫 度傳感 器 a/d 轉(zhuǎn) 換電路 時(shí)鐘電 路 按鍵控 制電路 at89s51 單片 機(jī) led 數(shù) 碼管顯 示電路 圖圖 3 3 系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖 3.1 pt100pt100 傳感器特性和測(cè)溫原理傳感器特性和測(cè)溫原理 電阻式溫度傳感器(rtd，resistance temperature de

35、tector)是指一種物質(zhì)材料作 成的電阻，它會(huì)隨溫度的改變而改變電阻值。 pt100 溫度傳感器是一種以鉑(pt)做成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數(shù), 其電阻阻值與溫度的關(guān)系可以近似用下式表示： 在 0650范圍內(nèi)： rt =r0 (1+at+bt2) 在-2000范圍內(nèi)： rt =r0 (1+at+bt2+c(t-100)t3) 式中 a、b、c 為常數(shù)， a=3.9684710-3； b=-5.84710-7； c=-4.2210-12； 由于它的電阻溫度關(guān)系的線性度非常好，因此在測(cè)量較小范圍內(nèi)其電阻和溫 度變化的關(guān)系式如下：r=ro(1+t) 其中 =0.00392，ro 為 10

36、0(在 0的電阻值)，t 為華氏溫度，因此鉑做成的 電阻式溫度傳感器，又稱為 pt100。 pt100 溫度傳感器的測(cè)量范圍廣：-200+650，偏差小，響應(yīng)時(shí)間短，還 具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)，其得到了廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計(jì) 即采用 pt100 作為溫度傳感器。 主要技術(shù)指標(biāo)：1. 測(cè)溫范圍：-200650 攝氏度；2. 測(cè)溫精度：0.1 攝氏度； 3. 穩(wěn)定性：0.1 攝氏度 pt100 是電阻式溫度傳感器，測(cè)溫的本質(zhì)其實(shí)是測(cè)量傳感器的電阻，通常是將 電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號(hào)，然后再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再 由處理器換算出相應(yīng)溫度。采用 pt100 測(cè)量溫度

37、一般有兩種方案： 方案一：設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源通過(guò) pt100 熱電阻，通過(guò)檢測(cè) pt100 上電壓的變化來(lái) 換算出溫度。 方案二：采用惠斯頓電橋，電橋的四個(gè)電阻中三個(gè)是恒定的，另一個(gè)用 pt100 熱電阻，當(dāng) pt100 電阻值變化時(shí)，測(cè)試端產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，由此電勢(shì)差換算出溫度。 兩種方案的區(qū)別只在于信號(hào)獲取電路的不同，其原理上基本一致。 3.2 恒流源電路恒流源電路 從上述關(guān)于 pt100 傳感器測(cè)溫原理可知，由 pt100 構(gòu)成信號(hào)的獲取電路常用的 方法有 2 種，一種是構(gòu)成的十分常見的電橋電路，當(dāng)然，在本系統(tǒng)中，考慮成本的 問(wèn)題，一般采用單臂橋；還有一種是運(yùn)用恒流源電路，將恒流源通過(guò)溫度傳感

38、器， 溫度傳感器兩端的電壓即反映溫度的變化。 a a 圖圖 單臂橋式單臂橋式 b b 圖圖 恒流源式恒流源式 圖圖 4 4 兩種信號(hào)獲取的結(jié)構(gòu)電路兩種信號(hào)獲取的結(jié)構(gòu)電路 根據(jù)測(cè)試技術(shù)的有關(guān)知識(shí)，圖 4 中的 a 圖的輸出與電阻的阻值不是個(gè)正比的關(guān) 系，因而數(shù)據(jù)處理起來(lái)特別麻煩，尤其是用單片機(jī)來(lái)處理這些非線性的問(wèn)題；而圖 b 的由于恒流源的作用，使得電壓輸出與電阻成良好的線性關(guān)系，因此，本系統(tǒng)采 用恒流源電路來(lái)獲取溫度信號(hào)。 恒流源電路的設(shè)計(jì)，有用三極管構(gòu)成的，有用專門的恒流管，也有用價(jià)格低廉 的器件通過(guò)比較巧妙的設(shè)計(jì)構(gòu)成的，本系統(tǒng)是采用價(jià)格低廉的運(yùn)放為核心來(lái)構(gòu)成的， 恒流效果十分理想，系統(tǒng)設(shè)計(jì)

39、的恒流源電路見下圖 5 所示。 r161.5k 1 3 2 7 lm 336-2.5v 8 5 3 2 6 74 1 u1 op-07 vr3 10k r17 500 r11 pt100 +12v -12v vcc 2 3 圖圖 5 5 由運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路由運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路 上圖中，由于運(yùn)放虛地的結(jié)果，造成 op-07 的反相輸入端為 0v，而圖中 1.5k 電阻的下端由于運(yùn)用精密的電壓源 lm336-2.5，外加調(diào)整電路，該點(diǎn)電壓可調(diào)整為 2.500v，而由于運(yùn)放的輸入阻抗極高，輸入端可以認(rèn)為不吸入電流，因此從 1.5k 電 阻上流過(guò)的電流大小固定而且一定等于 op-07 輸出端流入

40、溫度傳感器 pt100 的電流， 從而達(dá)到恒流的效果，連接 pt100 兩端的壓差正好反映溫度變化的信號(hào)送入后級(jí)的 放大器。 這里值得注意的是恒流效果的好壞與下面幾個(gè)因素有關(guān)，圖示 1.5k 電阻的精度 及溫度穩(wěn)定性要好，我們采用的是高精度高穩(wěn)定的電阻；還有是一定要選擇輸入阻 抗高的運(yùn)放，包括產(chǎn)生虛地處的運(yùn)放（圖中 op-07）和后級(jí)的放大器（圖中的 ad620） ，否則較大的輸入電流也將直接影響恒流的效果；最后一點(diǎn)是參考電壓（圖 中是2.5v）的穩(wěn)定性要高，這里的參考電壓采用是 lm336-2.5v 作為參考電壓基 準(zhǔn)。 3.3 放大電路的設(shè)計(jì)放大電路的設(shè)計(jì) 放大器的選擇好壞對(duì)提高測(cè)量精度也

41、十分關(guān)鍵，根據(jù)查閱的相關(guān)資料，在放大 器電路精選中，一般在首級(jí)放大器有低噪聲、低輸入偏置電流、高共模抑制比等要 求的大多采用自制的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，如下圖 7 所示，三運(yùn)放中由 a1、a2 構(gòu)成前級(jí)對(duì) 稱的同相、反相輸入放大器，后級(jí)為差動(dòng)放大器，在這個(gè)結(jié)構(gòu)圖中，要保證放大器 高的性能，參數(shù)的對(duì)稱性與一致性顯得尤為重要，不僅包括外圍的電阻元件 r1 與 r2、r3 與 r4、r5 與 r6，還包括 a1 與 a2 放大器的一致性，因此，要自制高性能 的放大器對(duì)器件要求相當(dāng)高。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)了專用的高性能 的儀用放大器，它的內(nèi)部核心結(jié)構(gòu)還是三運(yùn)放，但是，采用微電子來(lái)解決剛才的參 數(shù)匹配

42、問(wèn)題已不是什么復(fù)雜的問(wèn)題。 + - a1 + - a2 + - a3 r2r1 r7r6 r3 r5 r4 v in v out 圖圖 6 6 三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的高性能放大器原理圖三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的高性能放大器原理圖 隨著近年來(lái)微電子技術(shù)的發(fā)展，市面上出現(xiàn)了不少專用的高性能的芯片， ad620、ad623 就是具有上述描述的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，在本設(shè)計(jì)中我們根據(jù)手中的元器 件材料最終選擇了 ad620 作為放大器電路的首級(jí)放大。 ad620 是低價(jià)格、低功耗儀用放大器，它只需要一只外部電阻就可設(shè)置 11000 倍的放大增益，它具有較低的輸入偏置電流、較快的建立時(shí)間和較高的精 度，特別適合于精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如稱

43、重和傳感器接口，也非常適合醫(yī)療儀器 的應(yīng)用系統(tǒng)（如 ecg 檢測(cè)和血壓監(jiān)視） 、多路轉(zhuǎn)換器及干電池供電的前置放大器使 用。 ad620 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由 op-07 組成的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，性能大大優(yōu)于自制的三運(yùn)放 ic 電路設(shè)計(jì)，其基本接法是在 1 腳與 8 腳之間外接一 rg 電阻，增益由式 g=1+49.4k/rg 確定，由于它的外圍電路十分簡(jiǎn)單，所以它在本系統(tǒng)中的應(yīng)用見 下圖 8 所示。 由于我們的溫度測(cè)量范圍是 0300，而此時(shí)的溫度傳感器的電阻值根據(jù)分度 表為 100 歐姆138.51 歐姆，由于我們?cè)O(shè)計(jì)的恒流源為 5/3 毫安，因此 ad620 的輸 入端為 166.7 毫伏，假設(shè)考慮我

44、們的 tlc2543 的最大輸入為 5.000v，我們?cè)O(shè)計(jì)的放 大器的增益在盡量保證分辨率的條件下，則為 20 倍，假設(shè)我們只用一個(gè) ad620， 則 ad620 的輸出為 2v5v(tlc 只能轉(zhuǎn)換 5v)，這樣 12 位的 a/d 轉(zhuǎn)換器的分辨率 則大于題目的要求 0.1，因此，我們必須將 100 歐姆以下的值通過(guò)偏置的方法將其 減掉，然后通過(guò)增加放大倍數(shù)來(lái)盡量提高分辨率，這里我們?cè)O(shè)計(jì)的偏置電路同樣見 下圖 2-4 所示。這里設(shè)計(jì)的首級(jí)放大器的倍數(shù)是 20 倍，而后級(jí)放大則為 4 倍，合計(jì) 的放大倍數(shù)為 80 倍，這樣就完全滿足設(shè)計(jì)分辨率的要求。 r9 10k r7 40k 8 5 3 2

45、 6 74 1 u3 ad620 8 5 3 2 6 74 1 u2 op-07 vr1 2k r8 2k vr2 4k vcc +12v -12v +12v -12v r10 10k a0 2 3 傳傳傳傳 傳傳傳1傳傳傳2傳傳傳傳傳 傳傳傳傳傳傳傳傳 圖圖 7 7 放大電路放大電路 3.4 a/da/d 轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計(jì)電路轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計(jì)電路 在我們所測(cè)控的信號(hào)中均是連續(xù)變化的物理量，通常需要用計(jì)算機(jī)對(duì)這些信號(hào) 進(jìn)行處理，則需要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，a/d 轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn) 換成計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。根據(jù) a/d 轉(zhuǎn)換器的工作原理，常用的 a/d 轉(zhuǎn)換器可分 為兩種，雙

46、積分式 a/d 轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換器。 3.4.1 雙積分雙積分 a/da/d 轉(zhuǎn)換器工作原理轉(zhuǎn)換器工作原理 雙積分 a/d 轉(zhuǎn)換器采用間接測(cè)量的方法，它將被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間常數(shù) t，雙 積分 a/d 轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)，積分器，比較器，計(jì)數(shù)器和控制邏輯等部分組成。 所謂雙積分就是進(jìn)行一次 a/d 轉(zhuǎn)換需要兩次積分。電路先對(duì)被測(cè)的輸入電壓 vx 進(jìn)行固定時(shí)間(t0)的正向積分，然后控制邏輯將積分器的輸入端通過(guò)電子開關(guān)接 參考電壓 vr，由于參考電壓與輸入電壓反向且參考電壓值是恒定的，所以反向積分 的斜率是固定的，從反向積分開始到結(jié)束，對(duì)參考電壓進(jìn)行反向積分的時(shí)間 t,正比 于輸入電

47、壓。輸入電壓越大反向積分時(shí)間越長(zhǎng)，用高頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)測(cè)此時(shí)間，即 可得到相應(yīng)于輸入電壓的數(shù)字量。特點(diǎn)：可以有效的消除干擾和電源噪聲，轉(zhuǎn)換精 度高，但是轉(zhuǎn)換速度慢。 3.4.2 逐次逼近型逐次逼近型 a/da/d 轉(zhuǎn)換器工作原理轉(zhuǎn)換器工作原理 逐次逼近型 a/d 轉(zhuǎn)換器由 d/a 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)和控制邏輯等幾部分組成。 其轉(zhuǎn)換原理為：a/d 轉(zhuǎn)換器將一待轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓 ui 與一個(gè)預(yù)先設(shè)定的電壓 ui（預(yù)定的電壓由逐次逼近型 a/d 轉(zhuǎn)換器中的 d/a 輸出獲得）電壓相比較，根據(jù)預(yù) 設(shè)的電壓 ui 是大于還是小于待轉(zhuǎn)換成的模擬輸入電壓 uin 來(lái)決定當(dāng)前轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 是“0” 還是“1”

48、，據(jù)此逐位比較，以便使轉(zhuǎn)換結(jié)果（相應(yīng)的數(shù)字量）逐漸與模擬 輸入電壓相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量接近。 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，為了將模擬量溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，采用德州儀器公司生產(chǎn)的 12 位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 tlc2543，它具有三個(gè)控制輸入端，采用簡(jiǎn)單 的 3 線 spi 串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接，是 12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器 件之一。 tlc2543 與外圍電路的連線簡(jiǎn)單，三個(gè)控制輸入端為 cs(片選)、輸入/輸出時(shí) 鐘(i/o clock)以及串行數(shù)據(jù)輸入端(data input)。片內(nèi)的 14 通道多路器可以選 擇 11 個(gè)輸入中的任何一個(gè)或 3 個(gè)內(nèi)部自測(cè)試電壓中的一個(gè)，采樣保持是

49、自動(dòng)的， 轉(zhuǎn)換結(jié)束，eoc 輸出變高。 3.4.3 tlc2543tlc2543 的主要特性的主要特性 (1) 11 個(gè)模擬輸入通道； (2) 66ksps 的采樣速率； (3) 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 10s； (4) spi 串行接口； (5) 線性度誤差最大為1lsb； (6) 低供電電流(1ma 典型值)； (7) 掉電模式電流為 4a。 tlc2543 的引腳排列如圖 8 所示。 a0 1 a1 2 a2 3 a3 4 a4 5 a5 6 a6 7 a7 8 a8 9 gnd 10 a9 11 a10 12 r- 13 r+ 14 /cs 15 do 16 di 17 clok 18 eoc

50、 19 vcc 20 tlc2543 圖圖 8 8 tlc2543tlc2543 的引腳的引腳 ain0ain10：模擬輸入端，由內(nèi)部多路器選擇。對(duì) 4.1mhz 的 i/o clock， 驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或等于 50。 cs：片選端，cs 由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，并控制和使能 data out、data input 和 i/o clock。cs 由低到高的變化將在一個(gè)設(shè)置時(shí) 間內(nèi)禁止 data input 和 i/o clock。 data input：串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)以 msb 為前導(dǎo)并在 i/o clock 的 前 4 個(gè)上升沿移入 4 位地址，用來(lái)選擇下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的模擬

51、輸入信號(hào)或測(cè)試電壓， 之后 i/o clock 將余下的幾位依次輸入。 data out：a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端，在 cs 為高時(shí)，該引腳處于高阻狀態(tài)； 當(dāng) cs 為低時(shí)，該引腳由前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的 msb 值置成相應(yīng)的邏輯電平。 eoc：轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的 i/o clock 下降沿之后，eoc 由高電平變?yōu)榈?電平并保持到轉(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸。 vcc、gnd：電源正端、地。 ref、rfe：正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端。通常 ref接 vcc，ref接 gnd。最 大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差。 i/o clock：時(shí)鐘輸入/輸出端。 tlc2543 每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用 16 個(gè)時(shí)鐘周期

52、，且在每次傳送周期之間插 入 cs 的時(shí)序。根據(jù) tlc2543 時(shí)序圖可以看出，在 tlc2543 的 cs 變低時(shí)開始轉(zhuǎn)換 和傳送過(guò)程，i/o clock 的前 8 個(gè)上升沿將 8 個(gè)輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器， 同時(shí)它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余 11 位移出 data out 端，在 i/o clock 下降 沿時(shí)數(shù)據(jù)變化。當(dāng) cs 為高時(shí)，i/o clock 和 data input 被禁止，data out 為高阻態(tài)。 tlc2543 與單片機(jī)的連接如圖 9 所示。 a0 1 a1 2 a2 3 a3 4 a4 5 a5 6 a6 7 a7 8 a8 9 gnd 10 a9 1 1

53、a10 12 r- 13 r+ 14 /cs 15 do 16 di 17 clok 18 eoc 19 vcc 20 tlc2543 vcc 5v clok d1 d0 /cs a0 圖圖 9 9 tlc2543tlc2543 電路電路 3.5 ds1302ds1302 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) ds1302 是美國(guó) dallas 公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram 的實(shí)時(shí)時(shí) 鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能， 工作電壓為 2.5v5.5v。采用三線接口與 cpu 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方 式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或ram 數(shù)據(jù)。ds1302

54、 內(nèi)部有一個(gè) 318 的用于 臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 ram 寄存器。ds1302 是 ds1202 的升級(jí)產(chǎn)品，與 ds1202 兼容， 但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充 電的能力。本設(shè)計(jì)中采用 ds1302 時(shí)鐘芯片產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行處理 控制，并顯示出實(shí)時(shí)的時(shí)間，可以用于對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。 1 ram a4a3a2a1a0 rd 1. 引腳功能及結(jié)構(gòu) ds1302 的引腳排列,其中 vcc1 為后備電源， vcc2 為主電源。在主電源關(guān)閉 的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。 ds1302 由 vcc1 或 vcc2 兩者中的較大者 供電

55、。當(dāng) vcc2 大于 vcc10.2v 時(shí)，vcc2 給 ds1302 供電。當(dāng) vcc2 小于 vcc1 時(shí)，ds1302 由 vcc1 供電。x1 和 x2 是振蕩源，外接 32.768khz 晶振。rst 是復(fù) 位/片選線，通過(guò)把 rst 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。 rst 輸入有 兩種功能：首先， rst 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其 次，rst 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)rst 為高電平時(shí)，所有 的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) ds1302 進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中 rst 置為 低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， i/o 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。

56、上電運(yùn)行時(shí)，在 vcc2.5v 之前，rst 必須保持低電平。只有在 sclk 為低電平時(shí)，才能將 rst 置為高電平。 i/o 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向)，后面有詳細(xì)說(shuō)明。 sclk 始終 是輸入端。 2. ds1302 的控制字節(jié) 控制字節(jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫 入 ds1302 中，位 6 如果為邏輯 0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 ram 數(shù)據(jù);位 5 至位 1 指示操作單元的地址輸入或輸出。最低有效位 (位 0)如為 0 表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操 作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 3. 數(shù)據(jù)輸入輸出 (i

57、/o) 在控制指令字輸入后的下一個(gè) sclk 時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入 ds1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的 下一個(gè) sclk 脈沖的下降沿讀出 ds1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位 0 位到 高位 7。 /ck/wr 4. ds1302 的寄存器 ds1302 有 12 個(gè)寄存器，其中有 7 個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù) 位為 bcd 碼形式。 此外，ds1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存 器及與 ram 相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外 的所有寄存器內(nèi)容。 ds1302 與 ra

58、m 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)ram 單元，共 31 個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè) 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 c0hfdh，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的ram 寄 存 器，此方式下可一次性讀寫所有的ram 的 31 個(gè)字節(jié)，命令控制字為 feh（寫） 和 ffh（讀） 。 5.ds1302 與單片機(jī)的連接 ds1302 與 cpu 的連接需要三條線，即 sclk(7)、i/o(6)、rst(5)。這三 條線分別接到 cpu 的 i/o 線上。 3.6 單片機(jī)控制電路單片機(jī)控制電路 本設(shè)計(jì)是采用 at89s51 單片機(jī)作為主控電路，其中 p1 口為 a/d 轉(zhuǎn)換器和

59、ds1302 時(shí)鐘芯片的通信端口，p3.0,p3.1,p3.2 為按鍵控制，p0 口接數(shù)碼管的段碼， p2 口接數(shù)碼管的片選端，用于對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行片選。如圖 10 所示。 ea/vpp 31 xtal1 19 xtal2 18 rst/vpd 9 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p1.0/t 1 p1.1/t 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p0.0 39 p0.1 38 p0.2 37 p0.3 36 p0.4 35 p0.5 34

60、 p0.6 33 p0.7 32 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 psen 29 ale/prog 30 p3.1/txd 11 p3.0/rxd 10 vcc 40 gnd 20 at 89s 5x at89s51 r20 vcc a b c d e f g dp 1 2 3 4 5 6 y2 12m c3 102 c12 104 c13 10uf r15 0.1k s1 vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 rp1 vcc p3.0 p3.1 p3