八路温度巡检仪.docx

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1、八路智能温度巡检系统课程设计说明书学院：机械工程学院班级：测控082组别：第九组完成人：姓名：学号：姓名：学号：姓名：学号：指导老师：*高校2011年12月29日第章绪论11.1八路阻度巡检仪简介11.2 课题的目的11.3 八路温度巡检仪的工作原理及其方案设计11.3.1 工作原理I1.3.2 方案设计2其次章具体设计内容22.1 伯电阻电桥测温电路22.1.1桥式测温电路3恒流源式测温电路42.2 前置放大滤波电路的设计42.3 A/D模数转换电路芯片原理及设计5内部结构和外部引脚62.3.2工作时序及运用说明72.4 显示模块的原理及设计92.5 限制模块的原理)0251单片机最小系统1

2、2第三章调试及仿真123.1 Pro1.cus及Kci1.Vision链接设置123.2 在KCi1.中编辑程序并生成“HEX”文件133.3 在ProteUS1.S1.S中调试14第四章感想及总结15第五章程序代码及仿真电路165.1 程序代码：165.2 Proteus仿真电路25第一章绪论1.1 八路温度巡检仪简介在实际生产、生活等各个领域中，温度是环境因素的不行或缺的一部分，对温度进行刚好精确的限制和检测显得尤为重要。比如消防电气的非破坏性温度检测，电力、电讯设备的过热故障预知检测，空调系统的温度检测，在医院的监护中也用到通度的测fit,化工、机械等设符温度过热检测，十.壤各个U面上的

3、温度将会影响植物的生长，以及热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能至关重要等等。总之，现代电子工业的飞速发展对温度检测的智能化牯豳度要求越来越高。1.2 课题的目的通过本次设计，我们对高校四年所学课程将做出个总结，对各门课程均将有更深化的解，更加娴熟的驾驭设计方案的提出，设计流程的规划以及各器件的硬件连和软件编程，并且能够更加娴熟的操作Pro1.eUS仿真软件，真正培仔出科学的思维方式和敏捷解决问题的实力，为以后实际工作奠定良好的基础。在本次设计结束后，我们将得到一款能够同时检测显示八路温度的多点智能测温系统，当某一路或某几路温度值超过设定的上限值或者下限值时，报警电路中的蜂鸣涔鸣晌且提

4、示闪亮，使操作者能妨刚好发觉问题并限制温度回到额定温度范围内。核系统运行稳定，操作简便，应用敏捷，能够在当代农业、工业、医疗以及日常生活中得到良好的应用.1.3 八路温度巡检仪的工作原理及其方案设计工作原理八路湿度巡检仪首先要进行数据采集就是将一般的物理员通过传撼器转换成模拟量，在经过A/D转换电路转换为数字地供应CPU进行处理。具体来说就是能监测并采集多路的温度信号，通过温度传感器将温度转换成电压信号输出电压，A/D转换芯片将模拟量转换成数字量,从而得到及温度信号具有肯定关系的数字量，单片机采集这些数字信号，进行肯定的信号调理、软件算法、以及标度变换，从而得到肯定量的温度值，再将这一温度值通

5、过显示的方式显示出来，然后通过按键或定时的限制实现巡检，就得到了个八路温度巡检仪的系统。方案设计在系统方案设计中，主要以选择测温电路的方案为主，测温电路的方案选择可以干脆的影响到测得温度值的精确性和要求达到的精度问题，测温电路要求能把环境温度通过传感器把温度信号转换为我们所须要的电压信号或电流信号，把得到相应的电信号送入A，D转换器，通过A/D转换涔的转换，在通过单片机的限制和程序的处理最终得到精确的温度值，实现温度的检测。所以在测温电路中我们进行细致的分析和最终方案的确定。如下框图1.1.所示：图1.1.其次章具体设计内容2.1粕电阻电桥测温电路伯电阻温度传感器是利用其电阻和温度成忖定函数关

6、系而制成的温度传感器,由丁其测量精确度高、测量范围大、级现性和稳定性好等,被广泛用丁中湿(200r-650C)范用的温度测量中。PT1.Oo是一种广泛应用的测温元件，在50600C*C范围内具有其他任何温度传感罂无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰实力强等。由于销电R1.的电阻值及温度成非线性关系，所以须要进行非线性校正.校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不尚且易受温漂等干扰因素影响，数字化校正则须要在微处理系统中运用，将P1.电阻的电阻值和温度对应起来后存入EEPROM中，依据电路中实测的AD值以查表方式计算相应湿度值。常用的Pt电阻接法有三线

7、制和两线制，其中三线制接法的优点是将PT100的两侧相等的的导线长度分别加在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以消退。常用的采样电路为两种：为桥式测温电路，为恒流源式测温电路，其中图1为三线制桥式测温电路，图2为两线制桥式测温电路，图3为恒流源式测温电路,下面分别对桥式电路和恒流源式电路的原理在设计过程中应用意事项进行说明（注：这两个电路本人均有采纳及试物，证明可行）。桥式测温电路桥式测温的典型应用电路如图2.1所示,测温原理：电路采纳T1.431和电位器VRI调整产生4.096V的参考电源：采纳R1.R2、VR2,VKX）构成测量:电桥（其RI=R2,VR2为100Q精密电阻），当Pt100的电阻

8、值和VR2的电阻值不相等时,电桥输出一个mV级的压差信号，这个压差信号经过运放1.M324放大后输出期望大小的电乐信号，该信号可干脆连AD转换芯片。差动放大电路中R3=R4、R5一R6、放大倍数=R5R3,运放采纳单一5V供电。图2-:线制接法桥式测温电路设计及调试留意点：1 .同幅度调整R1.和R2的电F1.!值可以变更电桥输出的年差大小：2 .变更R5/R3的比值即可变更电压信号的放大倍数，以便满意设计者对温度范围的要求3 .放大电路必需接成负反馈方式，否则放大电路不能正常工作（以前就有个猪头特殊提示说只有接成正反馈才能正常工作，我也没做试验就赁它当阅历，得我重新做板）。4 .VR2也可为

9、电位器，调整电位器阻值大小可以变更温度的零点设定，例如Pt1.oo的专点温度为（TC,即0七时电阻为1000,当电位器阻值调至109885Q时，温度的零点就被设定在了25C。测量电位潜的阻值时须在没有接入电路时调整，这是因为接入电路后测出的电阻值发生了变更.5 .理论上，运放输出的电压为输入压差信号X放大倍数，但实际在电路工作时测量输出电压及输入压差信号并亦这样的关系，压差信号比理论值小很多，实际输出信号为4.096”（RPnay（R1+R,1.）-Rvr（R1+Rvr2）（2-1）式中电阻值以电路工作时量取的为准。6 .电桥的正电源必需接稳定的参考基准，因为假如干脆VCC的话,当网压波动造成

10、VCC发生波动时，运放输出的信号也会发生变更，此时再到以VCC未发生波动时建立的温度-电阻表中去杳表求值时就不正确了，这可以依据式(21)进行计算得知。恒流源式浦温电路测温原理：通过运放U1.A将基准电压4.096V转换为恒流源，电流流过PIK)O时在其上产生反降，再通过运放U1.B将该微弱压降信号放大(图中放大倍数为10),即输出期望的电压信号，该信号可干脆连AD转换芯片.依据虚地概念“工作于线性范围内的志向运放的两个输入端同电位”,运放UIA的“+”端和“，端电位V+=V=4096V:假设运放U1.A的输出脚1对地电压为Vo,依据虚断概念，(0-V.)/R1.+(Vo-V-)/R1.it1

11、.ix=O,因此电阻P1.1.oO上的压降ViMOo=VO-V-=V-*Rpn(RI,因V-和R1.均不变，因此图3虚线框内的电路等效为一个恒流源流过一个Pt1.Oo电明，电流大小为V-R,Pdoo上的压降仪和其自身变更的电阻值有关。2.2前置放大滤波电路的设计因为定电位电解传感器所输出的被测对象的信号特别的微弱，放大简洁引起电流的失调，以及零点漂移、自激干扰等。气体传感器的输出信号范围为0-5uA,考虑到所测信号的变更速度比较慢，殷为1()2()秒左右。所以选用可以单端供电的仪表放大器AD62O来实现前湍信号放大的任务.AD620仪表放大裾是美国模拟耦件公司(AnaIOgDevicesInC

12、,简称AD1.)推出的一种低价格、单电源、输出授幅能达到电源电压(通常称之为电源限输出，即Rai1.To-Rai1.oUIPUt)的最新仪表放大器。主要特点如下。1.AD620只运用一个外接电阻来设置增益(G),最高增益可以达到1000,从而给用户带来极大的便利.2 .AD620具有优良的百流特性。增益精度OI%(G=I).增益漂移25ppm(G=1.).输入失调电压最大I(X)PV(D620).输入失调电压襟移1VC(1.X23B),输入偏置电流最大25nA.3 .AD620具有优良的CMRR(它的增益增加而增加)，使误差最小。4 .AD620带宽800kHz(G=1.).5 .AD620的

13、输入共模抑制比范用很宽，可以放大比地电位低15OnW的共模电压。AD623单电源供电能达到最佳性能.6 .AD620的低功率(电源电流最大574A)、宽电源范围和电源限输出特性特别适合电池供电应用场合。电源限输出特性使低电源供电条件卜.，电源输出级使其动态葩困达到最大。7 .AD620可以取代分立器件搭成的仪表放大器，具有优良的线性度、湿度稳定性和小体积牢靠性。8 .AD620仪表放大器采纳8脚工业标准封装形式，即DIP、SoIC和小型SOIC三种形式。AD620主耍用丁低功耗医用仪表放大器、传感器接口、热电偶放大器、工业过程限制、低功耗数采系统及差动放大器。本课题中气体传感器出来的信号是很微

14、弱的小信号，采纳AD620满意放大要求。图2.2所示为AD620引脚排列图。识I未找到引用1.图22AD62()引脚排列图AD620是在传统的三运放结构基础上改进的一种新里仪表放大曙，如图3.13所示为AD620简化原理示意图。D620及传统三运放结构仪表放大器,由于AD62O电路结构中的三个运放输出摆幅都能达到任一电源限，而且其共模电压范围可扩屣到负电源限以下，所以提高了AD620的输出信号范围。AD62O的输出电压计算公式如式2-2所示：(2-2)AD620中的三个运放都是电压反馈型运放(VFA),所以当增益增加时，AD623的带宽减小。AD62O的增益(G)是用一个精密电阻Rg设置的，而

15、不论引脚I和8之间的阻抗如何。应当留意，假如须要设置G=1.Rg不必连接。电阻选择计克公式如式2-3所示：4294K(2-3)G-IAD62O的参考端(REF)电位用来确定零输出电压，这当负数及系统的地不共地时特殊有用。它供应一种对输出引入精密补偿的干脆方法。还可以利用参考端供应一个虚地电压来放大双极性信号。参考端允许的电压变更范围为错误I未找到引用源.假如AD620相对地输出，则参考端应接地.在AD62O的正向输入端加了一个高质fit的泄波电容。增益电阻选用一个错误I未找到引用源.的高精度电阻,则放大倍数约为100。由放大电路出来的信号错误!未找到引用源约为OYV,满意A/D转换器ADC0809的0-5V的输入要求。2.3A/D模数转换电路芯片原理及设计Pt1.oo传感器出来的信号是模拟信号,而微处理器A189S52只能处理数字信号，故须耍对模拟信号信号进行转换，将其转换为处理器能识别的数字信号，由于经过放大电路出来的模拟电压变更范围在OYV,故选择性价比比较合适的ADeo809进行模数转换。ADCO809对输入模拟量要求：信号单.极性，电压范用是05V,若信号太小,必需进行放大:输入的模拟量在转换过程中应当保持