測(cè)控電路課程設(shè)計(jì)：壓力測(cè)量控制系統(tǒng)

單片機(jī)原理課程論文題目壓力測(cè)量單片機(jī)學(xué)生姓名： 齊鵬 學(xué)號(hào)：13074037 院（系）: 工程學(xué)院專業(yè)： 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化2012年7月1摘要溫度的測(cè)量是生產(chǎn)生活中時(shí)常需要的工作，進(jìn)入 21世紀(jì)后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。Abstract:Temperaturemeasurementistheproductionoflifeoftenneedtowork,inthe21stcentury,thetemperaturesensorisheadedinhighprecision,multi-function,bus,standardization,highreliabilityandsafety,developmentvirtualsensorandnetworksensor,researchmonolithictemperaturemeasuringsystemandotherhigh-techdirectiondeveloprapidly.關(guān)鍵詞：Highprecision,multi-function,bus,standardization,highreliabilityandsafety指導(dǎo)思想本課題以PT100熱電阻為溫度檢測(cè)元件，設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)單點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)的單片機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)?；驹O(shè)計(jì)內(nèi)容及要求使用PT100溫度傳感器（電阻值隨溫度變化），設(shè)計(jì)傳感器放大電路，將傳感器的電阻值轉(zhuǎn)變?yōu)?~5V電壓信號(hào)，將溫度值顯示出來。再設(shè)計(jì)控制電路，控制一個(gè)300W電熱杯溫度，使其能夠穩(wěn)定在設(shè)定的溫度值。電路特點(diǎn)設(shè)計(jì)以測(cè)量顯示部分電路為主，以單片機(jī)系統(tǒng)為核心，對(duì)單點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量檢測(cè)。并采用熱電阻PT100作為溫度傳感器、op07作為信號(hào)放大器、ADC0809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)。在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升，具有更高的性價(jià)比。2電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)思想方案論證方案1：采用單片機(jī)測(cè)量并控制溫度，測(cè)量電路采用電橋電路。此方案硬件電路簡(jiǎn)單，但是需設(shè)計(jì)復(fù)雜的軟件電路

方案2:采用模擬電路測(cè)量并控制溫度，測(cè)量電路采用電橋電路。此方案電路復(fù)雜，但是不需要軟件電路的支持。采用方案1,此方案硬件電路簡(jiǎn)單，易于構(gòu)成。雖然軟件復(fù)雜，單片機(jī)程序易于獲取，且可以用軟件校正溫度的測(cè)量，使測(cè)量結(jié)果更加精確。2.1.2原理框圖㈡㈡2.1.3硬件設(shè)計(jì)思想電路中單片機(jī)采用的是89C51,是我們書中常用的單片機(jī)型號(hào)。在溫度信號(hào)的獲取與放大電路中，以PT100為溫度傳感器獲取溫度信號(hào)，以放大器op07為信號(hào)放大器件。電熱杯控制電路中，由于電熱杯是使用220v的強(qiáng)電，故需要與單片機(jī)電路隔離，采用的是繼電器控制電熱杯。用 7409驅(qū)動(dòng)繼電器，二極管作為繼電器的

保護(hù)電路顯示電路中由于需要顯示帶小數(shù)點(diǎn)的4位數(shù)字，采用的是4個(gè)Bcd7段帶小數(shù)點(diǎn)的共陰數(shù)碼管顯示測(cè)量值，用8255擴(kuò)展單片機(jī)的輸出端口。鍵盤電路中采用的是三個(gè)獨(dú)立式按鍵修改溫度的恒定值，按鍵分別是加、減、功能鍵。按下功能鍵便可修改溫度值，按功能鍵不同次數(shù)可以選擇加減的幅值，再次按功能鍵確定。A/D轉(zhuǎn)換的好與壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精確度。由于本系統(tǒng)測(cè)量的是溫度信號(hào)，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，滯后大，不要求快速轉(zhuǎn)換，因此選用 8位串型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809便能能達(dá)到設(shè)計(jì)的基本要求。為進(jìn)一步提高精度，可以直接采用 12位A/D轉(zhuǎn)換器，也可以采用過采樣和求均值技術(shù)來提高測(cè)量分辨率。因?yàn)?8位ADC0809其性價(jià)比更高，更重要的是我在課本上學(xué)的就是 ADC0809對(duì)它更加熟悉，所以本次設(shè)計(jì)我選用了ADC0809乍為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。2.2各主要電路及部件工作原理2.2.1單片機(jī)電路單片機(jī)采用89C51。AT89系列單片機(jī)對(duì)于一般用戶來說，有下列明顯的優(yōu)點(diǎn)：①內(nèi)部含有Flash存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)開發(fā)過程中很容易修改程序，可以大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。②與MCS-51系列單片機(jī)引腳兼容，可以直接進(jìn)行代換。③AT89系列并不對(duì)80C31的簡(jiǎn)單繼承，功能進(jìn)一步增強(qiáng)，在我國(guó)這種單片機(jī)受到廣泛青睞。時(shí)鐘顯示單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)高增益反相放大器，引線 XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機(jī)內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式。②外部時(shí)鐘方式。田雷齊魯盤雷協(xié)L外時(shí)特二T7CTAI.,田雷齊魯盤雷協(xié)L外時(shí)特二T7CTAI.,r03-ZHMC&al単片機(jī)的甲片機(jī)的#卜怖駕卄方式221.2復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)工作后，只要在它的 RST引線上加載高電平，單片機(jī)就能夠有效地復(fù)位。單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。1C二V<￡J22uFRSTlk1C二V<￡J22uFRSTlk:l1Vcc{?上電竄僅VCC7VccRST(b)上龍年披■童樁2.2.2溫度信號(hào)的獲取與放大在本電路中，以PT100為溫度傳感器獲取溫度信號(hào)，以放大器op07為信號(hào)放大器件。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。通常將其放在電橋的橋臂上，溫度變化時(shí)，熱電阻兩端的電壓信號(hào)被送到儀器放大器OP07的輸入端，經(jīng)過儀器放大器放大后的電壓輸出送給A/D轉(zhuǎn)換芯片，從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。2.2.2.1PT100溫度傳感器PT100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱電阻傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量范圍：-200r?+850C；允許偏差值「C：A級(jí)一0.150.0021，B級(jí)一0.300.005t；響應(yīng)時(shí)間v30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度》200mm；允通電流w5mA。另外，PT100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線性較好，在0?100攝氏度之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于

0.5攝氏度。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為：-200°CvtV0°C時(shí)，RRt=100：(1AtBt2Ct3*t-100;0CWt<850C時(shí)，RRt=1001AtBt2；式中，A=0.00390802;B=-0.000000580;0=0.0000000000042735.可見PT100在常溫0?100攝氏度之間變化時(shí)線性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡(jiǎn)化為：RRt=100“「At，當(dāng)溫度變化1C，PT100阻值近似變化0.39.|。222.2信號(hào)放大電路對(duì)信號(hào)放大，我使用了低價(jià)格、高精度的儀器放大器OP07,它運(yùn)用方便，O是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路,可以通過外接電阻方便的進(jìn)行各種增益的調(diào)整。其增益計(jì)算公式為:二：2.2.2.3溫度值計(jì)算過程由于A/D檢測(cè)到的模擬電壓值計(jì)算可到的值，然后利用如下公式求出溫度值:對(duì)信號(hào)放大，我使用了低價(jià)格、高精度的儀器放大器OP07,它運(yùn)用方便，O是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路,可以通過外接電阻方便的進(jìn)行各種增益的調(diào)整。其增益計(jì)算公式為:二：2.2.2.3溫度值計(jì)算過程由于A/D檢測(cè)到的模擬電壓值計(jì)算可到的值，然后利用如下公式求出溫度值:ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。它是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，是目前國(guó)內(nèi)最廣泛的 8位通用的A/D轉(zhuǎn)換的芯片。①ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。IHDEQCnilUT2UBanAECALEg路模擬開關(guān)地鐵與瑪址存譯器IT轉(zhuǎn)換器IHDEQCnilUT2UBanAECALEg路模擬開關(guān)地鐵與瑪址存譯器IT轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存器由上圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)0E端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。②引腳結(jié)構(gòu)如圖2-3所示9ToINIrtsrotNG9ToINIrtsrotNGARSTUEOCAL.E03OILCLK7UUQODI遼T7互亙亙23Z1201PTkT777?TsALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量送入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0—IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表1如下：225顯示電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易行。LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖8為0.5英尺LED數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng) a?g筆段構(gòu)成“”字形另一只發(fā)光二極管Dp作為小數(shù)點(diǎn)。因此這種LED顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)碼管。當(dāng)LED數(shù)碼管與單片機(jī)相連時(shí)，一般將LED數(shù)碼管的各筆段引腳a、b、，、g、Dp按某一順序接到MC—51型單片機(jī)某一個(gè)并行I/O口D0D1、，、D7,當(dāng)該I/O口輸出某一特定數(shù)據(jù)時(shí)，就能使LED數(shù)碼管顯示出某個(gè)字符。LED數(shù)碼管編碼方式有多種，按小數(shù)點(diǎn)計(jì)否可分為七段碼和八段碼；按共陰共陽可分為共陰字段碼和共陽字段碼， 不計(jì)小數(shù)點(diǎn)的共陰字段碼與共陽字段碼互為反碼；按a、b、，、g、Dp編碼順序是高位在前，還是低位在前，又可分為順序字段碼和逆序字段碼。甚至在某些特殊情況下將 a、b、，、g、Dp順序打亂編碼。2.2.6電熱杯控制電路電熱杯控制電路采用的是繼電器控制電熱杯，用 7409驅(qū)動(dòng)繼電器，二極管作為繼電器的保護(hù)電路。其電路仿真圖如下：小結(jié)本方案設(shè)計(jì)完成溫度測(cè)量及控制的任務(wù)。由總體電路可知此溫度測(cè)量控制系統(tǒng)硬件電路由于單片機(jī)的使用簡(jiǎn)單明了， 每一部分功能較為單一集中，便于設(shè)計(jì)及排查問題，但軟件方面較為復(fù)雜。使用PT100作為溫度傳感器元件，可用連續(xù)采樣取平均值的方法減少誤差，使結(jié)果較為準(zhǔn)確。改進(jìn)意見本設(shè)計(jì)中使用單片機(jī)測(cè)量溫度，通過繼電器控制單片機(jī)的方案，需要準(zhǔn)確的單片機(jī)程序，并且可以嘗試設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)，控制測(cè)量溫度的數(shù)值或范圍，功能將