高精度温度巡检仪设计毕业论文.docx

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1、高精度温度巡检仪设计毕业论文目录1 绪论21.1 课题研究的背景及目的21.2 国内外研究动态31.3 论文的主要研究内容： 42方案设计与选择52.1 系统设计要求52.2 设计方案52.2.1 方案一52.2.2 方案二62.2.3 方案三62.2.4 方案比较论证63系统的硬件电路设计73.1 单片机主控制模块 73.1.1 单片机选型 73.1.2 最小系统电路设计103.2 温度信号处理模块113.2.1 温度传感器选型 113.2.2 PtlOO 测温原理 123.2.3 温度信号处理电路设计123.3 多路选择器模块 133.3.1 多路选择器选型133.3.2 多路选择器电路设

2、计133.4 模数转换模块143.4.1 A/D转换器选型143.4.2 A/D转换电路设计 213.5 温度显示模块 223.6 报警及键盘输入模块233.7 电源模块244系统的软件设计 264.1 主程序设计274.2 温度信号处理子程序设计284.3 显示子程序设计294.4 八位数据倒序处理子程序设计304.5 A/D7705读出子程序设计 304.6 A/D7705初始化子程序设计314.7 单通道温度查询显示子程序设计315调试与仿真31结论34致谢35参考文献36附录37附录A 37附录B 51附录C 521绪论1.1 课题研究的背景及目的随着“信息时代”的到来，作为获取信息的

3、手段传感器技术得到了显著的进步,其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。很多机械部件和结构构件在各种非常温环境下负载运行。特别是航空、航天、核工程、化工和动力等部门的很多设备、机械处于高温或低温下工作，特别在高温环境中，测量条件很恶劣，一般的变形测量仪表难于接近高温，采用专门的电阻传感器在非常温环境中进行测量是现实可行的一种方法。传感器能把被测物理量转换为有确定对应关系的电量输出的测量装置，满足信息的记录、显示、传输、处理和控制等要求。传感器是实现自动测量和控制的首要环节，在工业生产自动化、航空航天、能源交通、土建结构、环境保护及医疗卫生等领域,各种传感器在检测各种参数方面起到

4、十分重要的作用。止匕外，用于工厂自动化制造系统中的机械手或机器人可实现高精度在线测量，保证产品的质量，因此国内外已普遍重视各种传感器的研制、生产和应用。传感器技术已经成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。在实际生产过程中温度的测量具有本身独特的特点：(1)温度的测量环境恶劣，常伴有巨大的冲击力或高温气体的高速流动，测量技术难度非常大。(2)测温环境半径大，覆盖面广，系统大，造成了测点分散。(3)许多工业产品对温度范围要求严格，对温度不仅要不断地测量而且还要进行控制。特别是遇到温度超过预设值时，要求系统会报警。在温度巡检仪没有普及之前，温度计测温被人们运用在大多数温度测量场合。由于温度

5、计本身的结构和功能所限，它只能对一些要求精度不高的地方进行粗略检测，对于一些要求严格控温的场合没有办法检测。随着生产力的发展，生产规模的扩大和对生产管理的自动化水平的高要求，人们开始关注具有温度自动巡检功能的多路温度巡检仪。多路温度巡检仪的出现和发展顺应了时代和工业的发展趋势,推动了经济技术指标的革新。它是由温度传感元件、转换元件、显示元件和控制元件构成。其测温原理是：多个传感器的输出电参数跟随温度的变化而变化，输出并变换成统一规格的电信号，由多路数据选择器选通，以采样、量化、编码和必要的辅助运算方法将模拟量转换成数字量。再经数字电路或微处理器及外围电路处理后，在显示元件上输出对应的温度值。重

6、复上述过程，可以实现轮流周期性地采集被测信号并显示。当然，根据实际需求，也可以进行单通道温度的查询与显示。1.2 国内外研究动态我国仪器仪表行业总体的技术水平与国际水平相差1015年，少数产品接近或达到了国际水平。近年来。我国国民经济持续高速增长，仪器仪表产品需求旺盛，行业发展迅速。但在高技术、高附加值的产品方面和国外相比还有较大差距，其主要体现在流程工业用仪器仪表和自动化系统方面。信息技术的进步推动了工业自动化仪表与控制系统的向前发展，近年来，计算机科学和微电子技术的迅速发展和普及，导致了仪表的结构概念和设计观点等都发生了突破性的变化，形成了一类具有普通仪表的基本功能，又有一般仪表所没有的特

7、殊功能的高档低价仪表。工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表；全面扩大服务领域，推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变。1、智能化。从工业自动化仪表的发展趋势看，智能化是其核心部分，所谓智能化表现在其具有多种新功能。在工控方面，过去控制的算法，只能由调节器或DCS来完成，如今一台智能化的变送器或者执行器，只要植入PID模块，就可以与有关的现场仪表在一起，在现场实现自主调节；从而实现控制的彻底分散，从而减轻了DCS主机的负担，使调节更加及时，并提高了整个系统的可靠性。2、高精度化。由于工业生产对成品质量的

8、要求日益提高，国家的政策和法令对节能减排也有具体的要求和规定，因此提高测量仪表与控制系统的精度就被提上了议事日程。3、总线化。过程控制系统自动化中的现场设备通常称为现场仪表。现场总线技术的广泛应用，使组建集中和分布式测试系统变得更为容易。目前现场总线已成为全球自动化技术发展的重要表现形式，它为过程测控仪表的发展提供了千载难逢的发展机遇，并为实现进一步的高精度、高稳定、高可靠、高适应、低消耗等方面提供了巨大动力和发展空间。4、网络化。现场总线技术采用计算机数字化通信技术，使自动控制系统与现场设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，可使智能仪表的作用得以充分发挥。5、开放性。现在的测控仪器越来

9、越多采用以Windows/CE、Linux、VxWorks等嵌入式操作系统为系统软件核心和高性能微处理器为硬件系统核心的嵌入式系统技术，未来的仪器仪表和计算机的联系也将会日趋紧密,Agilent公司表示仪器仪表设备上应当具备计算机的所有接口，如USB接口、打印机接口、局域网网络接口等，测量的数据也应通过USB接口存储在可移动存储设备中，使用这样的仪器仪表设备和操作一台简易电脑简直是如出一辙。齐备的接口可连接多种现场测控仪表或执行器设备，在过程控制系统主机的支持下，通过网络形成具有特定功能的测控系统，实现了多种智能化现场测控设备的开放式互连系统。1.3 论文的主要研究内容：第一章对测温系统做了概

10、览介绍，讨论了课题研究的意义，国内外研究的动态。第二章介绍了系统的设计要求、设计方案与方案选择。第三章首先介绍了系统的结构框图，接着详细地介绍了系统的硬件选型、硬件介绍与硬件电路设计，最后给出了系统连接图，并分析了系统的工作原理。第四章在软件方面首先对主程序进行设计，并绘制流程图。接着详细介绍各模块的程序设计，并绘制流程图。第五章系统调试。2方案设计与选择2.1 系统设计要求8路温度巡检仪可以测量。300范围内的8路输入温度值，并能在5位LED数码管上轮流显示，最高位显示通道数。测量最大分辨率为0.1轮流显示8通道温度，可以查询单通道温度并显示。2.2 设计方案2.2.1 方案一采用热电偶温差

11、电路测量温度，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成,热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。数据采集部分则使用带有A/D通道的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是一般的A/D输入通道都只能接收大信号，所以还要设计相应的放大电路。此方案的软件简单，但硬件复杂，且检测点数追加时，各敏感元件参数的不一致，都将会导致误差的产生，难以

12、完全清除，而且成本会有较大增长幅度。2.2.2 方案二采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。DS18B20的最大优点是之一是采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S52构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号，可直接与计算机连接。这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大。采用52单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，且体积小，硬件实现简单，安装方便。2.2.3 方案三采用热电阻Pt 100的电桥电路测量温度，数据采集部分使用八选一数据选择器CD4

13、051,数据转换使用A/D转换器A/D7705。电桥将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，再进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，再使用单片机进行数据处理，换算出相应温度。PtlOO温度传感器的优点是：精度高，测温范围广，一般可测-200C650C,在工业测温上应用广泛，而且可以通过引线将钳电阻置于需要测量温度的环境中，满足不同点不同温度测量的需求。同时，A/D7705解决了对采集到的模拟信号进行放大和数字处理，而不需要另外增加信号放大滤波电路。2.2.4 方案比较论证从以上三种方案，很容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽，但是线性误差较大，外围电路复杂。方案二电路简单、精确度较高、信

14、号易于处理、传送和自动控制,但是DS18B20传感器测温范围为-55+125,测温范围偏窄。方案三外围电路不是太复杂，测温范围广，PtlOO的电阻一温度线性关系好。故本次设计采用方案三。SI、S2按键控制图2.1系统总体方框图该系统主要由七个模块组成，分别为AT89s52单片机主控制模块、温度信号处理模块、多路选择器模块、模数转换模块、温度显示模块、按键输入模块和电源模块。模数转换模块由集成电路A/D7705组成，数据选择开关由CD4051组成，由地址线决定对哪一路进行数据转换。扩展的外围芯片采用串行接口芯片，使整个系统体积小、功耗低，有极好的可维护性和较强的抗干扰性能。单片机晶振为12M,

15、A/D7705的时钟线接单片机的ALE端，它将产生2M的时钟。单片机P0 口为数码管的段码，P2 口为位选，P3.0为A/D数据输入端，采用串行通信的方式。进行数据的读入。P3.3和P3.4分别接入S1键和S2键，P3.5输出报警信号。3系统的硬件电路设计3.1 单片机主控制模块3.1.1 单片机选型单片机选用AT89s52。AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash, 256字节RAM, 32位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为