溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計(一)信息工程

1、溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計(一)信息工程     2013-05-09 01:32        導讀：電子信息工程論文畢業(yè)論文，溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計(一)信息工程畢業(yè)論文樣式參考，免費教你怎么寫，格式要求，提供大量范文樣本：        引言  隨著“信息時代”的到來，作為          &

2、#160; 引言 隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的進步，其應用領域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個科學技術(shù)發(fā)展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。 由于傳感器能將各種物理量、化學量和生物量等信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，使得人們可以利用計算機實現(xiàn)自動測量、信息處理和自動控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線性等影響因素。傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必須掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標，還必須懂得傳感器經(jīng)過適

3、當?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過對傳感器應用實例的原理和智能傳感器實例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和信息處理結(jié)合起來，適應傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應用。另一方面，傳感器的被測信號來自于各個應用領域，每個領域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時效，各自都在開發(fā)研制適合應用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。溫度傳感器是其中重要的一類傳感器。其發(fā)展速度之快，以及其應用之廣，并且還有很大潛力。 為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設計了本系統(tǒng)。本文利用單片機結(jié)合傳感器

4、技術(shù)而開發(fā)設計了這一溫度監(jiān)控系統(tǒng)。文中傳感器理論單片機實際應用有機結(jié)合，詳細地講述了利用熱敏電阻作為熱敏傳感器探測環(huán)境溫度的過程，以及實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過程。 （ ）  本設計應用性比較強，設計系統(tǒng)可以作為生物培養(yǎng)液溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實驗室溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。課題主要任務是完成環(huán)境溫度檢測，利用單片機實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)并通過計算機實施溫度監(jiān)控。設計后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點。 本設計系統(tǒng)包括溫度傳感器，A/D轉(zhuǎn)換模塊，輸出控制模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，溫度顯示模塊和溫度調(diào)節(jié)驅(qū)動電路六個部分。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細介紹。整個系統(tǒng)的核

5、心是進行溫度監(jiān)控，完成了課題所有要求。（ 編輯整理）  可選擇的振蕩器。 低功耗，高速CMOS FLASH/EEPROM工藝。 全靜態(tài)設計。 在線串行編程(ICSP)。 單獨5v的內(nèi)部電路串行編程(ICSP)能力。 處理機讀/寫訪問程序存儲器。 運行電壓范圍2.0v到5v。 高輸入/輸出電流25mA。 商用，工業(yè)用溫度范圍。 低功耗：  在5v,4MHz時典型值小于2mA。  在3v,32KHz時典型值小于20uA。  典型的靜態(tài)電流值小于1uA。 外圍特

6、征： Timer 0 ：帶有預分頻的8位定時器/計數(shù)器。 Timer 1 ：帶有預分頻的16位定時器/計數(shù)器，在使用外部晶體時鐘時在SLEEP期間仍能工作。 Timer 2 ：帶有8位周期寄存器，預分頻和后分頻器的8位定時器/計數(shù)器2個捕捉器，比較器和PWM模塊。其中 ：捕捉器是16位的，最大分辨率為12.5nS。 比較器是16位的，最大分辨率為200nS。 PWM最大分辨率為是10位。 10位多通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。 帶有SPI（主模式）和I2C（主/從）模式的SSP。 帶有9位地址探測的通用同步異步接收/發(fā)送（&#

7、160;    2013-05-09 01:32        導讀：USART/RCI）。 帶有RD,WR和CS控制（只40/44引腳）8位字寬的并行從端口。 帶有降壓的復位檢測電路。 （3）RS-232-C接口電路 計算機與計算機或計算機與終端之間        USART/RCI）。 帶有RD,WR和CS控制（只40/44引腳）8位字寬的并行從端口。 帶有降壓的復位檢測電路。（3）

8、RS-232-C接口電路 計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。它的全名是“

9、數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間 串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”該標準規(guī)定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信 號的電平加以規(guī)定。 接口的信號內(nèi)容 實際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機通訊中一般只使用3-9條引線。RS-232-C最常用的9條引線的信號。 接口的電氣特性 在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關(guān)系。即：邏輯。“1”，-5-15V；邏輯“0” +5 +15V 。噪聲容限為2V

10、。即 要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號 作為邏輯“1” 。     接口的物理結(jié)構(gòu) RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端. 一些設備與PC機連接的RS-232-C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。  3  溫度控制系統(tǒng)的組成框圖 采用典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)，組成部分見圖3.1。其

11、中數(shù)字控制器的功能由單片機實現(xiàn)。 圖3.1溫度控制系統(tǒng)的組成框圖          培養(yǎng)皿的傳遞函數(shù)為，其中1為電阻加熱的時間常數(shù)，為電阻加熱的純滯后時間，為采樣周期。A/D轉(zhuǎn)換器可劃歸為零階保持器內(nèi)，所以廣義對象的傳遞函數(shù)為                       

12、;          （3-1-1）                       廣義對象的Z傳遞函數(shù)為    （3-1-2）    所以系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)為      

13、0;      (3-1-3)                 系統(tǒng)的數(shù)字控制器為  =   （3-1-4）                    &

14、#160;                寫成差分方程即為      （3-1-5）                          &&#

15、160;    2013-05-09 01:32        導讀：nbsp; 令 , , 得 （3-1-6） 式中 第次采樣時的偏差； 第次采樣時的偏差； 第次采樣時的偏差； 4 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及總述 圖4.1溫度控制系統(tǒng)        nbsp;             

16、;                                                  

17、;                 令     , , 得                    （3-1-6）式中 第次采樣時的偏差； 第次采樣時的偏差； 第次采樣時的

18、偏差；   4  溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及總述 圖4.1溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖溫度() 47 48 49 50 51 52 53 電壓（V） 1.27 1.26 1.25 1.24 1.22 1.20 1.19 溫度() 54 55 56 57 58 59 60 電壓（V） 1.17 1.16&#

19、160;1.12 1.11 1.09 1.07 1.06     導讀：; 通信協(xié)議的設計 由于溫度采集和實施控制是通過單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)，而微機完成溫度監(jiān)控，所以需要采用單片機和微機之間的通信協(xié)議。本設計應用條         通信協(xié)議的設計 由于溫度采集和實施控制是通過單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)，而微機完成溫度監(jiān)控，所以需要采用單片機和微機之間的通信協(xié)議。本設計應用條件為傳輸距離不超過15米的短距離數(shù)據(jù)傳輸，且傳輸數(shù)據(jù)量

20、較小，所以采用在控制領域里應用較廣泛RS232C串行通信方式。    針對近程小批量的數(shù)據(jù)通信，設計時采用3 線制（RXD ，TXD ，GND）軟握手的零MODEM方式。即：將PC機和單片機的“發(fā)送數(shù)據(jù)線（TXD）”與“接收數(shù)據(jù)（RXD）”交叉連接，二者的地線（GND）直接相連而其它信號線如握手信號線均不用，而采用軟件握手。這樣即可以實現(xiàn)預定的任務，又可以簡化電路設計節(jié)約了成本。 由于RS232C是早期為促進公用電話網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信而制定的標準，其邏輯電平與TTL， MOS 邏輯電平不同。邏輯0 電平規(guī)定為+5+15V之間，邏輯1是電平為-5 -15V

21、之間。因此在將PC機和單片機的RXD和TXD交叉連接時，必須進行電平轉(zhuǎn)換。 下圖即為通信時的硬件連接圖，其中器件MAX232完成邏輯電平轉(zhuǎn)換的任務。 圖6.1 電平轉(zhuǎn)換電路圖單片機串口通信軟件設計流程圖                &n     2013-05-09 01:32       

22、0;導讀：;在開發(fā)PC上位機的通信程序中,人們常用的編程語言可分為3類:(1) 直接面向底層硬件的匯編語言。(2) DOS環(huán)境下的高級編程語言,如: C語言等。(3) Windows環(huán)境下        在開發(fā)PC上位機的通信程序中,人們常用的編程語言可分為3類:(1) 直接面向底層硬件的匯編語言。(2) DOS環(huán)境下的高級編程語言,如: C語言等。(3) Windows環(huán)境下的高級編程語言，如：VC+等。而在這3種方式中Windows環(huán)境下的串口編程以其設備無關(guān)性，可移植性以及界面友好等特征而得到廣泛應用。同時在

23、Windows操作系統(tǒng)已經(jīng)占據(jù)統(tǒng)治地位的情況下，欲開發(fā)良好的通信程序，利用Windows環(huán)境下的高級語言已漸成為必然的選擇。開發(fā)Windows環(huán)境下的串口通信程序主要有以下2種方法： (1) 利用Windows API（Application Program Interface）用戶程序接口函數(shù)； (2) 利用ActiveX控件；后者的主要特點是簡單易學，但前者的功能更為強大控制手段更為靈活。    導讀：，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗停止位的信息包含于一個DCB結(jié)構(gòu)中，而超時方面的信息則包含于COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)中， 一般在用Creat

24、eFile 打開串行口后，可以調(diào)用GetCommS        ，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗停止位的信息包含于一個DCB結(jié)構(gòu)中，而超時方面的信息則包含于COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)中，一般在用CreateFile 打開串行口后，可以調(diào)用GetCommState 函數(shù)來獲取串行口的初始配置。要修改串行口的配置應該先修改DCB結(jié)構(gòu)，然后再調(diào)用SetCommState函數(shù)用指定的DCB結(jié)構(gòu)來設置串行口。例如：DCB dcb;GetCommState(mHandle, &dcb) /讀取DCB結(jié)構(gòu)dcb.BaudRate=

25、9600 / 設置波特率為9600b/sdcb.ByteSize=8; / 每個字符有8位dcb.Parity=NOPARITY; / 無校驗dcb.StopBits=ONESTOPBIT; / 一個停止位SetCommState(hCom, &dcb) / 保存至DCB結(jié)構(gòu)使設置值生效調(diào)用SetupComm 函數(shù)可以設置串行口的輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。如果通信的速率較高則應該設置較大的緩沖區(qū)。例如：SetupComm( mHandle , 1024*2, 1024*2 ) /輸入輸出緩沖區(qū)的大小均為2K在用ReadFile 和WriteFile 讀寫串行口時，需要考慮超時問題。如果在

26、指定的時間內(nèi)沒有讀出或?qū)懭胫付〝?shù)量的字符，那么ReadFile 或WriteFile 的操作就會結(jié)束。要查詢當前的超時設置應調(diào)用GetCommTimeouts 函數(shù)。該函數(shù)會填充一個COMMTIMEOUTS 結(jié)構(gòu)調(diào)用SetCommTimeouts 可以用某一個COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的內(nèi)容來設置超時。TimeOuts. ReadIntervalTimeout=0 /讀間隔超時TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=10 /讀時間系數(shù)TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=100 /讀時間常量TimeOuts.WriteTotalT

27、imeoutMultiplier=10 /寫時間系數(shù)TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=100 /寫時間常數(shù)SetCommTimeouts(hCom, &TimeOuts); / 保存設置值生效 COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的成員都以毫秒為單位?？偝瑫r的計算公式是：總超時=時間系數(shù)×要求讀/寫的字符數(shù)+ 時間常數(shù)異步方式讀寫串行口時雖然ReadFile()和WriteFile() 在完成操作以前就可能返回但超時仍然是起作用的。這種情況下，超時規(guī)定的是操作的完成時間而不是ReadFile()和WriteFile()的返回時間。(3)讀寫串口&#

28、160;初始化工作完成以后便可以根據(jù)通信協(xié)議合理安排讀/寫函數(shù)ReadFile()和WriteFile()以讀寫各種握手信息和數(shù)據(jù)信息等。其中何時讀取單片機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息及應答信息是重要的。此時采取的是事件驅(qū)動法，即：設置通信資源上的事件掩碼為EV_RXCHAR 。當接收到一個字符并放入緩沖區(qū)后即通知應用程序例。/PC發(fā)送一組命令至單片機WriteFile(mHandle, /串口句柄pDataBuff, /存放數(shù)據(jù)緩種區(qū)iLen, /所寫數(shù)據(jù)的長度pdwWritten, /已寫長度操作前應置為0lpOverlapped) /異步方式/設置通信事件掩碼DWORD dwMask=EV_RXC

29、HAR;SetCommMask(m_hFile,dwMask) /設置通信事件掩碼/等待通信事件的發(fā)生OVERLAPPED os ;memset( &os, 0, sizeof( OVERLAPPED ) ) ;os.hEvent=CreateEvent(NULL TRUE FALSE NULL)if(!WaitCommEvent(m_hFile, &dwEvtMask, &os) / 重疊操作if(GetLastError()=ERROR_IO_PENDING)/ 無限等待重疊操作結(jié)果GetOverlappedResult(mHandle, &os, &

30、;dwTrans, true);/事件已發(fā)生安排讀操作ReadFile(mHandle, /串口句柄pDataBuff, /存放數(shù)據(jù)緩種區(qū)iLen, /所讀數(shù)據(jù)的長度pdwRead, /實際所讀長度lpOverlapped) /異步方式 在上例中，我們無限等待通信事件的發(fā)生。如果通信事件一直沒有發(fā)生則系統(tǒng)將不會繼續(xù)執(zhí)行。在實際程序設計中我們可以設置一時限，超過此時限通信事件未到則執(zhí)行相應錯誤處理此時，只需將GetOverlappedResult函數(shù)替換為WaitForSingleObject函數(shù)此函數(shù)的聲明形式如下： 導讀：減小波特率誤差的關(guān)鍵。如果，晶振的離散度已超過所允許的范圍，

31、此時不宜用其標稱值，可以采用測量其波特率的方法來得出實際的晶振波特率值。 （ 編輯整理） 發(fā)送數(shù)據(jù)速率：9600*32/44=6981bit/s 接收數(shù)據(jù)速率：9600*32/45=6826bit/s 這是理論上的速率，實際中還應包含PC和PIC16F877A單片機的處理信號幀，等待信號幀的時間。在本通信協(xié)議中，不會出現(xiàn)某信號幀已到達但PC或PIC16F877A單片機還未開始準備接收的現(xiàn)象。在實際應用中，因具體應用環(huán)境不同PC和PIC16F877A單片機處理信號幀的時間會有不同，所以具體速率值依具體應用而變化。  有關(guān)參數(shù)的設置。這一步主要設定自動布參數(shù)

32、、自動布線參數(shù)、板面參數(shù)等。  PCB板尺寸設計。在禁止布線層上，沿設計的PCB邊畫邊框線，即指定自動布局的范圍。這一步為自動布局打基礎。同時，在上層板面（即元器件面）沿禁止布線層的邊框圖線放置銅線，這是PCB板最后成型所必須的。  布局就是根據(jù)原理圖上元器件之間的連接關(guān)系，并考慮電磁兼容性以及元器件的安裝空間和散熱等，總是將元器件放置在PCB電路板上適當?shù)奈恢?。布局的好壞直接影響PCB板的電氣性能和布局的功能，是PCB板設計過程中最費時、最繁瑣的。布局工作需要耐心、細致。盡管系統(tǒng)提供了自動布局的功能，但是一般而言都需要手工調(diào)整。 手工布局，首先載入SCH生成的網(wǎng)

33、絡表，通過手工移動元器件PCB板上的排列位置實現(xiàn)布局。移動元器件是最好打開網(wǎng)絡連接顯示，這樣就能觀察到相鄰元器件連線的疏     密。 自動布局，PCB系統(tǒng)環(huán)境提供自動布局功能完成元器件放置，但在細節(jié)處最好使用手工調(diào)整。布局時要求相互間連線多的元器件應該就近放置；相互間可能造成干擾的元器件應遠離：功率器件應考慮散熱空間。  自動布線。布線就是在元器件引腳之間放置覆銅連線的過程，這一過程可以通過手工完成，也可以自動進行。但是Protel99的PCB系統(tǒng)提供了強大的自動布線功能，建議使用該功能自動布線。在進行自動布線之前，設計人員必須先設

34、計好布線參數(shù)，定義布線規(guī)則。如果不適當，可能會導致自動布線失敗，即布線的成功率不高，所以這一  步要特別注意  啟動設計規(guī)則檢查DRC，這一步利用PCB提供的DRC功能對完成布線的PCB板進行檢查，這一步由軟件自動完成。檢查的結(jié)果輸出在報告文件*.rep中，PCB軟件將出錯處在PCB圖上顯示出來，為檢查、修改提供方便。   板面字符調(diào)整。為了使設計的PCB板美觀，并且安裝焊接元器件方便，應將元器件的名稱。設計值的字符參數(shù)移至元器件框外。大小合適且字符不想重疊。  將經(jīng)過DRC檢查無誤，且版面字符調(diào)整好的PCB設計圖存盤、輸出、制版。  印刷板&

35、#160;    2013-05-09 01:32        導讀：rt_buf+)asm("nop"); if(RC7)rx_lo_buf=rx_lo_buf|0x04; for(s_uart_buf=0;s_uart_buf35;s_uart_buf+)asm("nop"); if(RC7)rx_lo_buf=rx_lo_buf|0x08; for(s_uart_buf=0;s_uart_buf35;s_uart_buf+)asm("nop"); if(        rt_buf+)asm("nop"); if(RC7)rx_lo_buf=rx_lo_buf|0x04; for(s_uart_buf=0;s_uart_buf<35;s_uart_buf+)asm("nop");