PT1008路溫度智能巡檢儀

1、東 莞 理 工 學 院本 科 畢 業(yè) 設 計 畢業(yè)設計題目：智能溫度巡檢儀的設計畢業(yè)設計題目：智能溫度巡檢儀的設計學生姓名：郭長東學生姓名：郭長東 學學 號：號：200941302248系系 別：電子工程學院別：電子工程學院專業(yè)班級：通信工程專業(yè)班級：通信工程 2 班班 指導教師姓名及職稱：孫鳳文指導教師姓名及職稱：孫鳳文 講師講師起止時間：起止時間：2012 年年 11 月月 2013 年年 5 月月摘摘 要要本課題采用鉑熱電阻溫度傳感器 PT100 和 AT89S52 單片機為核心構成 8 路溫度巡檢儀，對 8 路溫度信號實現(xiàn)實時智能巡回或定點檢測，同時具有顯示、上下限溫度設定、報警和與

2、RS-485 通信功能。系統(tǒng)結構簡單，精度高，功耗低，使用方便。硬件上我們利用 PT100 形成電阻橋，將不同溫度轉換為不同電信號，經過 A/D 轉化，傳送到單片機，單片機通過編寫程序進行溫度處理，與設置好的報警溫度比較，同時送到數(shù)碼管顯示，當檢測到的溫度高于或低于設置的溫度上下限時，發(fā)出警報。關鍵詞關鍵詞 單片機； 溫度巡檢； 報警； 通信； AbstractThis study was about an 8-channel temperature patrol with PT100 platinum thermal resistance temperature sensor and AT8

3、9S52 single-chip microcomputer as its core compositions. This patrol could implement real-time intelligent circuit and site detection of 8-channel temperature signals and had functions of displaying, the upper and lower limits setting, alarming and communicating with RS-485. The system had advantage

4、s of simple structure, high precision, low power consumption and convenient usage. The resistance bridge formed of PT100, could convert different temperature to varied electrical signals, which were sent to the single-chip microcomputer. Then the single-chip microcomputer processed the signals throu

5、gh compiling program, and compared the temperature with the set alarming temperature. The temperature was displayed by using the digitron. When the detected temperature was over the set upper limit or below the set lower limit, the alarm would be raised.Key words：Single chip microcomputer ；The tempe

6、rature checking ； Alarm ；Communication目目 錄錄1 1、引言、引言.12 2、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)設計.22.12.1 設計要求設計要求.22.22.2 系統(tǒng)組成與工作原理系統(tǒng)組成與工作原理.23 3、硬件設計、硬件設計.53.13.1 信號檢測模塊信號檢測模塊.53.23.2 芯片控制模塊芯片控制模塊.73.33.3 串口通信模塊串口通信模塊.93.43.4 數(shù)碼顯示模塊數(shù)碼顯示模塊.113.53.5 A/DA/D 數(shù)據(jù)轉換模塊數(shù)據(jù)轉換模塊.133.63.6 鍵盤控制模塊鍵盤控制模塊.153.73.7 報警電路模塊報警電路模塊.164.4.軟件設計與調試軟件設

7、計與調試.194.14.1 軟件程序架構圖軟件程序架構圖.195.5.總結總結.266.6.結束語結束語.30參考文獻參考文獻.31致謝致謝.32附錄附錄.33附錄附錄 1 1 設計電路仿真圖設計電路仿真圖.33附錄附錄 2 2 設計電路總設計圖設計電路總設計圖.34附錄附錄 3 3 設計硬件實物圖設計硬件實物圖.34附錄附錄 4 4 設計程序設計程序.3511、引言于現(xiàn)實生產中，檢測參數(shù)中最基礎的就是溫度，溫度的檢測、控制能力的強弱關系到生產安全、產品的質量、節(jié)約能源、生產的效率等重大技術指標。伴隨半導體技術的發(fā)展，以單片機為控制中心，將硬件技術與軟件技術融合起來組成的智能儀器在生產中得到應

8、用非常廣泛。這類智能儀表自身帶有單片機控制芯片，在結構上非常緊密，能獨立工作，使用上非常方便。數(shù)字式智能巡檢儀可以讓多個傳感器數(shù)據(jù)通過巡回顯示方式，顯示多個參數(shù)，因而可有效節(jié)省成本。在現(xiàn)今這個日新月異，與時俱進，高效率的發(fā)展的勢頭上，監(jiān)控生產過程溫度變化的智能溫度巡檢儀的位置和作用也越來越凸顯出來，在生產工業(yè)生產中起著不可替代的作用。溫度計的檢測和控制之間的關系：檢測是控制的根底和首要，而檢測的精確度和穩(wěn)定性一定在控制方面要求之上，不然沒法打到控制的精度要求。不單單這樣，測量控制還與人類生活各方面息息相關，可以說在所有的人類社會生活領域都無時無刻在進行監(jiān)控、測量、控制?？茖W技術的發(fā)展和檢測技術

9、的發(fā)展是密切相關的?，F(xiàn)代化的監(jiān)控手段能達到的操作性、穩(wěn)定性及測量范圍等，在很大程度上可以映射到科學發(fā)展層次夠不夠高。隨著社會科技的不斷更新改革，樣品收集循環(huán)監(jiān)控已成為現(xiàn)代應用廣泛的科技技術，大范圍地投射于要求同一時間檢測溫度、濕度和壓力等環(huán)境。樣本收集在監(jiān)控預警等系統(tǒng)中有著舉足輕重的位置，普通電路已無法滿足日常生活及工業(yè)的控制需求，通常采用某類性能比較獨立的單片機系統(tǒng)來完成，成為監(jiān)測控制系統(tǒng)不能缺失的組成部分，樣本收集的功能特性正向的影響到整個系統(tǒng)，日益增大的市場需求，需要我們在這個方面做出更大的努力，因而需要一套完善的解決方案。本設計是利用單片機來設計的產品，具有新穎，結構緊湊和設計靈活、方

10、便等特點。和老式的溫度探測儀比較，擁有顯示明了，探測上下限跨度大，測溫準確，其數(shù)據(jù)的輸出是利用數(shù)字化體現(xiàn)出來，大部分在要求和精度比較準確的場所得到應用，或樣品實驗中使用。該設計正是從工業(yè)要求層面上出發(fā)考慮，低成本高效率的多路溫度采集監(jiān)控報警系統(tǒng)的設計，配以鉑熱電阻傳感器、各類芯片來完成樣本的采集、顯示、控制、數(shù)據(jù)比較與共享。因此，數(shù)字式智能多路巡檢儀具有十分廣闊的現(xiàn)實市場和潛在的市場要求。22、系統(tǒng)設計 2.1 設計要求 2.1.1 主要功能 系統(tǒng)以 AT89S52 為控制核心，具有計溫度采集、溫度顯示、鍵盤設置、溫度報警等功能。通過單片機控制外圍電路實現(xiàn)對 8 路溫度的自動巡檢和手動設置。利

11、用 8 個溫度傳感器通過單總線與單片機連接構成溫度采集電路；智能溫度巡檢儀的人機界面由高亮 LED 和按鍵組成，外加指示燈。支持 RS-485 通信方式，使實測溫度、溫度超限制設定值等參數(shù)共享。2.1.2 技術指標 測量范圍：0200。測量精度：溫度控制的靜態(tài)誤差為3。溫度巡檢周期：1s。巡回顯示周期：以秒為單位，可選定。2.2 系統(tǒng)組成與工作原理 首要明確本設計1主要實現(xiàn)的功能與功能指標的硬件、軟件的總體設計方案。則需要遵循下面三個設計要求。此設計是以單片機為核心的系統(tǒng)，功能大部分通過軟件編程實現(xiàn)，所以盡量做到“可軟不硬”的要求，就是凡能夠用軟件實現(xiàn)的功能就不用硬件去實現(xiàn)，為了盡可能減少設計

12、費用。軟件只需在開發(fā)設計中一次性投入，只要成功，就能在設計中降低成本，同時能夠提高整個設計的可靠性和操作的簡單性。任何硬件都有損耗失效的問題，設計的可靠性與硬件的復雜程度成反比，減少硬件的數(shù)量，就相當于提高了整個設計的可靠性。設計過程中需要滿足技術指標與經濟效益，技術再完善的設備，只要成本高，也是一個不合格的產品，將不帶有市場前景。在設計方案中，所選用的元器件必須是容易購買且物美價廉的。電子元器件更新速度很快，必須選用目前市場上能供應的元器件，否則將給日后的設計與維護帶來很多不便。如果選取了一些失去市場供應的元器件，將很難使設計研發(fā)進行。就算開發(fā)成功，之后的實物形成也非常困難。32.2.1 硬

13、件總體方案圖 1 硬件總體框圖Fig.1 Frame Chart of Components of The Hardware 系統(tǒng)組成如圖 1 所示。本系統(tǒng)3是由鉑熱電阻溫度傳感器進行溫度信號采樣，將溫度信號通過 A/D 轉換器直接轉化成數(shù)字信號，然后經過 AT89S52 芯片控制數(shù)碼顯示和報警監(jiān)控，還可以通過人機對話，通過鍵盤切換模式和設置參數(shù)，另外，本溫度巡檢儀還可以把測量溫度與設置的上、下限溫度通過 RS-485串口共享。2.2.2 軟件總體方案 軟件設計上總體來說比較簡單，主要包括人機通信鍵盤設計程序、報警監(jiān)控程序、數(shù)碼顯示程序、數(shù)據(jù)采集轉化程序等幾部分。2.2.3 工作原理 本設計是

14、采用 AT89S52 單片機6作為控制核心的溫度采集與溫度監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)工作時鉑熱電阻傳感器所形成的電阻橋就會因不同溫度而產生不同的電信號，從而通過 A/D 轉換器進行轉化，再傳到單片機里做一切對比和控制，將數(shù)據(jù)送到共陽數(shù)碼管中顯示出溫度，并與上下限溫度比較，高于上限或低于下限都進行報警。2.2.4 本課題重點與難點重點：這種巡檢儀的檢測點多，所以在傳感器、芯片的選擇和使用、電路的安排上，要求低功耗并且合理，并盡量使使用方便。為提高本系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性，設計本身要具備很強的抗干擾和補償能力，為此應在硬件及軟件設計上引入各種加強的部分電路和程序。特別是系統(tǒng)中傳感器采集的數(shù)據(jù)的放大和濾波處理就顯得

15、尤為重要。智能溫度巡檢儀是以單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)，有些功能既可以通過軟件編程實現(xiàn)，也可以通過硬件配置實現(xiàn)，應當遵守“能軟不硬”的理念，4即凡是能夠用軟件方案實現(xiàn)的功能就不用硬件方案實現(xiàn)，其目的是降低制造成本。同時由于實際設計上電路沒有去干擾或補償措施，換而言之，軟件必須設計上體現(xiàn)功能之完善并且強大，在軟件設計時也應尋找盡可能簡單完善的思路，保證程序易于修改、調試。在設計過程中，選用的元器件與材料的市場供應渠道必須暢通。電子元器件、電子材料的發(fā)展日新月異，必須選用現(xiàn)在有開放場合能得到的元器件與材料，否則將給日后的設計與更正維護帶來很多不便。如果設計中選用了一些早已淘汰的元器件，將無法實現(xiàn)樣機

16、的研發(fā)。即便樣機開發(fā)成功，以后生產制造中的材料采購也十分困難。任何電子元器件都有老化失效的問題，整機的可靠性與采用元器件的數(shù)量成反比，減少使用的元器件數(shù)量，就相當于提高了整機的可靠性。設計過程應當兼顧技術指標與經濟指標，技術指標再高的儀表設備，如果制造成本高、售價高，將不會有市場前景。難點：由于巡檢儀檢測點多，在要求傳感器誤差小且方便使用，所以對傳感器的溫度變化特性需要有很深入的了解。熱電偶價格便宜，但需要冷端補償、電路設計復雜。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它測量精度高，性能穩(wěn)定，測量范圍廣，構造簡單，使用方便。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高，在-2000，鉑電阻與溫度的關系為 R

17、t=Ro1+At+Bt2+C(t-100C)t3，在 0850C 范圍內，鉑電阻與溫度的關系為 Rt=Ro1+At+Bt2因為是利用單片機8實行控制，所以必須對主芯片系統(tǒng)結構非常了解，AT89S52 是一種功能強大且功耗不大的 CMOS 八位單片機微處理器，具有 8K 可編程 Flash 存儲器。AT89S52： 8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器 ，2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位 定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口， 片內晶振及時鐘電路。合理充分利用片內所有資源，是一個難題。本設計對軟件方面要求非常嚴格，對溫度傳感

18、A/D 轉換、芯片控制、串口通信、液晶顯示等驅動或者主程序，都必須做到聯(lián)系緊密，邏輯分明。能用軟件實現(xiàn)的，盡量減少硬件，以節(jié)省成本和降低在焊接電路時的復雜性。因為功能比較多樣化，且程序長篇和復雜，器件也比較多，對后續(xù)調試時出現(xiàn)的問題后，要進行程序修改或器件焊接更正會比較困難。所以在焊接器件和編寫程序時，必須謹慎，做到一步到位。53、硬件設計 硬件層面上分為 6 部分5：溫度傳感模塊、芯片控制模塊、串口通信模塊、A/D 轉換模塊、數(shù)碼顯示模塊、電源模塊。3.1 信號檢測模塊 此電路為信號檢測輸入電路，這里用到了鉑熱電阻傳感器 PT100、集成運放 LM358。電路如圖 2 所示。圖 2 信號檢測

19、電路圖Fig. 2 Circuit of The Signal Detection3.1.1 鉑熱電阻 PT100鉑熱電阻溫度傳感器具有性能穩(wěn)定,適用范圍廣,體積小，輕盈，在工業(yè)和研發(fā)中得到了廣泛的應用。在-2000，鉑電阻與溫度的關系為 Rt=Ro1+At+Bt2+C(t-100C)t3在 0850C 范圍內，鉑電阻與溫度的關系為 Rt=Ro1+At+Bt2鉑電阻的阻值與溫度呈非線性。偏離 0 度越多,非線性程度越厲害。所以電路設計須進行線性校正,所謂的線性校正,是指讓鉑熱電阻電橋輸出電路的輸出值隨溫度的變化呈現(xiàn)正線性變化。鉑熱電阻阻值與溫度關系，如表 1 所示。6表 1 PT100 電熱特

20、性表Tab.1 Electrical and Thermal Characteristics of PT100如表1可知道，PT100 在0200對應的電阻是100175歐姆，利用 PT100與175、100歐姆的電阻組成電阻橋與集成運放形成一個減法器，使0C200C 對應輸出電壓為0V2.05V，在集成運放下通過一級放大，放大倍數(shù)為（R91+R93）/R91=2.44，則最后 CH0輸出0C200C 對應輸出電壓為0V5.02V。3.1.2 集成運放 LM358LM358 芯片中包含有兩個功能完全分離的、相互不影響的、內置各類修正補償?shù)倪\算放大器，宜于電路電壓伏數(shù)跨度很大的電源使用，也適用于

21、雙電源電路設計環(huán)境，在理想的運作環(huán)境下，電路的電流和電壓沒有關系。它的適合工作在傳感器、放大器、直流電路增益模塊以及其他涉及單電源提供電壓電流的所有運用運算放大器的環(huán)境中。 LM358 管腳圖，如圖 3 所示。7圖3 LM358管腳圖Fig.3 Base Pin of LM358 Chip3.2 芯片控制模塊 3.2.1 AT89S52 單片機基本功能單片機10又稱單片微控制處理器，它不是完成某單獨的、部分作用的芯片，而是讓一個計算機系統(tǒng)集成在某一個很小的區(qū)域上。就等同于一個非常小的小計算機，和計算機對比而言，微處理器只是單單少了輸入、輸出設備。也就是說，一片微處理器就相當于一部小型的計算機。

22、它精小、輕盈、普遍，為工業(yè)、教學和研發(fā)貢獻了很多。然而，教學上利用單片機的了解是為了掌握計算機內部結構和原理的捷徑。微處理器里面 也使用了很多與計算機性能相 似的部分，例如CPU，RAM，并行總線， 另外還使用了功能都是用來存儲的ROM，區(qū)別是它的某些器件功能于計算機相比之下，有遜色之處 ，可是在價格上卻優(yōu)點非常突出，一般不超過 10 元即可，用它來 擔當一系列 不是非常強大的檢測控制部分的作用已經足夠 了。我們現(xiàn)在 民用和工業(yè)上使用的器件 里面就都有它的存在，它在監(jiān)控命令等部分有著核心地位 。它是一個實地及時的監(jiān)控小腦袋 ，及時就是實時監(jiān)控，要求要有很好的抗干擾能力，而且要有低的費用，這也是

23、與離線式計算機 的最大差別所在。單片機是靠 程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序實現(xiàn)不同的功能，單片機通過編寫的程序可以實現(xiàn) 低復雜性，高穩(wěn)定性，以及高安全性89S529 是一種低功耗、高性能的微控制器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產品指令和引腳完全兼容。持有靈活、方便的8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性能、超便捷的解決方法。 AT89S52 具有以下標準功能：8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM32 位 I/O 口線2 個數(shù)據(jù)指針8三個 16 位 定時器/計數(shù)器，一個 6

24、向量 2 級中斷結構全雙工串行口， 片內晶振及時鐘電路另外，AT89S529 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。在不工作的狀態(tài)下，芯片 CPU 不工作，保持上電工作的有 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷。斷電之后，單片機停止工作，RST 可以保護 RAM 中的數(shù)據(jù)，直到下一個復位到來。 89S52 單片機的引腳信號：(1)電源引腳 Vcc 和 VssVcc:電源端，接+5V。Vss:接地端。通常在 Vcc 和 Vss 引腳之間接 0.1uF 高頻濾波電容。(2)地址鎖存允許 ALE在系統(tǒng)擴展時，ALE 用于控制地址鎖存器鎖存 P0 口輸出的低 8 位地址，為的是讓

25、數(shù)據(jù)和地位地址之間復用。單片機工作后，ALE 端固定周期性的向外輸出時鐘頻率的 1/6 的正脈沖信號，ALE 可以帶動 8 個 TTL 器件。(3)時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2XTAL1：反向振蕩放大器的輸入以及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。(4)訪問程序存儲器控制信號 EA/Vpp 當 EA 端保持保持高電平時，在此期間為內部程序存儲器（0000H-0FFFH） ，但當超過 0FFFH 時，則轉向片外程序存儲器。當 EA 端保持低電平時，在此期間為外部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳要施加 12V 電源。(5)外部程序存儲器讀選通信號 PS

26、EN 在讀取外部 ROM 的時候 PSEN 端需要給上低電位，來完成外部 ROM 部分的讀取功能，外部 ROM 讀取時，在每個機器周期它會掃描兩次。(6)復位信號 RST 如果在復位管腳上能給到持續(xù)的大于或等于兩個機器周期的高電位的話，它就啟動，來實現(xiàn)單片機的復位初始化的功能。當 RST 接+5V 的備用電源后，就算 VCC 工作中斷電也沒事，RST 可以保護 RAM 中的數(shù)據(jù)。(7)輸入/輸出口引腳 P0、P1、P2、P3 P0 口（P0.0P0.7）：它是一個 8 位漏極開路向口 I/O 口，每一個腳可吸收 8 個 TTL 門電流。 P1 口（P1.0P1.7）：它是一個 8 位準雙向的

27、I/O 口，而且它內置功能，不需要外部再加上拉電阻，P1 口內置緩沖器可以接收輸出 4 個 TTL 門電流。 P2 口（P2.0P2.7）：它是一個 8 位準雙向的 I/O 口，而且它內置功能，不需再外部加上上拉電阻電路，P2 口緩沖器也可以接收輸出 4 個 TTL 門電流?？墒窃?P2 口作外部程序存儲器功能的時候，它輸出地址的高 8 位。 P3 口（P3.0P3.7）：它也是一個 8 位準雙向的 I/O 口，而且它內部提供上拉電阻，P3 口除了作為一般的 I/O 口使用之外，還具有特殊功能。93.2.2 AT89S52 單片機基本工作電路AT89S52 單片機如果需要正常工作，則一定要連接

28、基本電路，包括晶振電路和復位電路7。晶振電路：單片機的時鐘脈沖通常內部時鐘或者外部時鐘兩種方式。內部時鐘是利用芯片內部振蕩電路產生時鐘脈沖。外部時鐘是把已有的時鐘脈沖接進芯片片內。本設計所采用的則是內部時鐘方式。在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體（簡稱晶振） ，作為單片機內部振蕩電路的負載，構成自激振蕩器，可在單片機內部產生時鐘脈沖。C10 和C11 可以穩(wěn)定振蕩頻率，并使快速起振。本電路選用晶振24MHz，C10=C11=33pF。復位電路：復位是使單片機處于某種設定的初始狀態(tài)。單片機工作從復位開始。在單片機 RST 引腳引入高電平并維持 2 個或 2 個以上的機器周期

29、，單片機就啟動復位部分功能。復位操作有兩種基本方式：一種為單片機上電復位，還有一種則是單片機上電與按鍵都可以復位。本設計采用了第二種復位方式電路。當單片機49 號管腳持續(xù)置高電位，作為充電作用的電容 C9 發(fā)生作用，9號引腳的高電位將逐漸下降。如果該高電位能持續(xù)大于或等于兩個機器周期，則能啟動復位設置。選擇 C9=10F，R94=10K。電路圖2如圖 4 所示。圖 4 單片機復位、晶振電路圖Fig.4 Power-On Reset Circuit and Crystal Oscillating Circuit of Single-Chip Microcomputor3.3 串口通信模塊 本設計

30、為八路智能溫度巡檢儀，所以須考慮對某種網絡的支持，以便實現(xiàn)更好的集中監(jiān)控和更全面的數(shù)據(jù)參數(shù)共享。本設計了以 SN75176 集成芯片為收發(fā)器的 RS-485 總線通信接口電路。 RS-485 通信方式特點：10當兩線之間的電壓差在2-6V 的范圍內時為邏輯“1” ， 當兩線之間的電壓差在-2-6V 的范圍內時為邏輯“0” ，要想不燒壞芯片，就要使 RS-232-C 的電平比信號的高，當需要和 TTL 電路連接時，要使這個電平可以兼容 TTL電流。RS-485數(shù)據(jù)傳輸時最快為10Mbps。RS-485接口的抗干擾性很好，是因為它是由差分接收器和平衡驅動器構成的。RS-485具有極遠的通信距離，大

31、概是1200m 左右，它傳輸數(shù)據(jù)時最快可達10Mbps，當速率為100Kb/S 時通信距離最遠，要想繼續(xù)傳輸，那么就需要添加中繼器。簡單普遍的 RS-485一共32個節(jié)點，但在特別要求下，可特別制作成有128個或是256個節(jié)點的，最大的可制作到400個節(jié)點實現(xiàn)功能。 RS-485通信接口：RS485采用差分信號負邏輯，+0.2V+6V 表示“0” ，- 6V- 0.2V 表示“1” 。RS485有兩線制和四線制兩種接線，由于二線制的結構可以掛接32個節(jié)點，所以現(xiàn)在基本上都是用二線制方式。主從的通信方式也成為 RS485通信網絡的主潮方式。一般我們都是簡單的用雙絞線把接口的“A” “B”連起來，

32、但是這種方式卻有很大的問題，原因如下：（1）EMI 問題：因為我們的電路沒有信號地，即沒有小電阻的返回通道，所以發(fā)送驅動器輸出信號中的共模部分會向外輻射電磁波。（2）共模干擾：因為 RS-485的收發(fā)器有-7+12V 的共模電壓范圍，而它的傳輸信號方式是差分方式，他只會檢測兩線之間的電位差而不是有固定的參考點，如果不在這個范圍之內的話，電路網絡就不能工作，而超出這個范圍就會影響通信的穩(wěn)定性，甚至會損壞接口。由于 PC 機默認的只帶有 RS232接口，有兩種方法可以得到 PC 上位機的 RS485電路：利用設計好的 RS232轉換 RS485的轉換電路使計算機串口上本來的 RS232信號切換成

33、RS485信號，然后在要求相對較高且繁瑣的工作環(huán)境中，防浪涌帶隔離柵功能的器件是最好的選擇。通過周邊原件擴展接口的串口，則能簡單地使用輸出信號為 RS485的擴展卡總而言之，需要利用獨立、連續(xù)的信號渠道做為總線。在 RS485組網設計中還有一個必須列入考慮范圍的方面是末端阻抗負荷問題，在器件單一、相隔不遠的環(huán)境下不外增末端阻抗所有部分能非常理想的實現(xiàn)，但距離隨之的拉大，功能實現(xiàn)將受到干擾。理想設定，在每一個輸入端的信號的中點實施收集時，只要干擾信號在一開始收集時就衰弱到一個不攝入考慮的范圍的話就可以不考慮匹配問題?？墒菍嶋H情況很難順如人意。普通說來，末端匹配采用終端電阻來實現(xiàn)， RS485應在

34、總線的頭尾都并聯(lián)末端電阻。在 RS-485組網中末聯(lián)的電阻的阻抗一般取120。等于總線阻抗的電阻值，然而，絕大部分雙絞線電纜特性阻抗一般都在100120。此方法在匹配上既簡便又合理有效，但還是依然存在有不足，匹配上的電阻有相對比較大的功耗，在功率損耗要求相對高的場合上使用起來不合理。還有另外比較低耗的匹配方法就是 RC 電路匹配。則就是使用一電容隔直，這樣來說相對能夠保存絕大部分功率。可是電容的電容值把握是個困難，要求在功耗和匹配性能上，兩者進行選擇。 最后還有運用二極管的匹配方式，此方法不能完成理論上的“匹配” ，可是它借助二極管的鉗位功能能很快地衰落反射信號，從而使信號質量得到保證。串口通

35、信模塊硬件電路如圖 5 所示。11圖 5 串口通信電路圖Fig.5 Serial Communication Circuit當 SN75176 的接收控制端管腳 2 為低電平時，能將來自管腳 6、7 上的 RS-485 數(shù)據(jù)從引腳 1 輸出，傳送到單片機的 P3.0（RXD）端；當發(fā)送控制端管腳 3為高電平時，將單片機 P3.0（RXD）端發(fā)出數(shù)據(jù)轉變?yōu)?RS-485 數(shù)據(jù)，從管腳6、7 端輸出，傳送到 RS-485 網絡中共享?？刂贫斯苣_ 2 與管腳 3 連接在一起，受單片機 P3.2 的控制，當 P3.2 為高電平時，就處于發(fā)送狀態(tài)；當 P3.2 為低電平時，則處于接收狀態(tài)。再在相應的通信

36、協(xié)議和軟件設計下，構成主從式 RS-485 通信網絡。3.4 數(shù)碼顯示模塊本設計中，數(shù)碼管顯示 4 位數(shù)字，且需要循環(huán)顯示。綜合比較靜態(tài)和動態(tài)顯示方式，并且結合本設計的應用，這里選擇動態(tài)顯示方式。顯示模塊中，單片機 AT89S52 的 P0.0P0.7 端作為數(shù)碼管 abcdefg 和 dp 的輸出，P2.0P2.3則為 4 位數(shù)碼管的選位口。數(shù)碼管選位端連接 4 路以三極管放大電路來分壓，從而進行選通。4位數(shù)碼管的引腳圖如圖6所示。12圖6 數(shù)碼管引腳圖Fig.6 Pins of Nixie Tube 4位數(shù)碼管的參數(shù)：8字高度：8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示。范圍一般

37、為0.25-20英寸。長*寬*高：長數(shù)碼管正放時，水平方向的長度；寬數(shù)碼管正放時，垂直方向上的長度；高數(shù)碼管的厚度。時鐘點：四位數(shù)碼管中，第二位8與第三位8字中間的二個點。一般用于顯示時鐘中的秒。4位數(shù)碼管區(qū)分共陰陽極的方法：首先數(shù)碼管有共陰極和共陽極之分，區(qū)別他們的方法是若公共端接地，其他端接電源，若各段測試能亮，說明是共陰的，反之共陽的；若公共端接電源，其他端分別接的，測得各端亮，則說明是共陽的，反之為共陰的。市場上所有的四位數(shù)碼管普遍來說都沒有數(shù)據(jù)表，然而，理解和認清它們管腳之間的排列是非常需要的一個步驟。下面是一張四位一體數(shù)碼管引腳分布圖。4位一體數(shù)碼管，其內部段已連接好，引腳如圖所示

38、（正面朝自己，小數(shù)點在下方） 。A、B、C、D、E、F、G、DP 為段通管腳，一、二、三、四分別表示四個數(shù)碼管的位。 。 。 。 。 。一 A F 二 三 B。 。 。 。 。 。E D DP C G 四即：12-9-8-6為公共端，A-11 B-7 C-4 D-2 E-1 F-10 G-5 DP-3硬件電路如圖 7、圖 8 所示。13圖 7 數(shù)碼管電路圖Fig.7 Circuit of Nixie Tube圖 8 數(shù)碼管驅動圖Fig.8 The Drive of the Nixie Tube3.5 A/D 數(shù)據(jù)轉換模塊八路溫度數(shù)據(jù)經過采集之后，則需要通過模數(shù)轉換，輸入到單片機進行分析控制，為

39、了把溫度的模擬信號轉換成數(shù)字信號送 CPU 處理，此次選用了 A/D轉換器 ADC0832，它精度高，速度快，功耗低。14ADC0832 的 5.6 腳接單片機 P1.1，由 P1.1 進行通道選擇和轉換開關。A/D 轉換電路如圖 9 所示。圖 9 A/D 轉換電路圖Fig.9 A/D Change-Over Circuit 15ADC0832 集成模塊管腳如圖 10 所示。圖 10 ADC0832 管腳圖Fig.10 The Pins of ADC0832芯片管腳說明：1：片選芯片使能，低電平有效2：輸入通道 13：輸入通道 2 4：接地5：數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道6：數(shù)據(jù)信號輸出，轉換數(shù)據(jù)輸

40、出7：芯片時鐘輸入8：電源端3.6 鍵盤控制模塊鍵盤控制為 5 個按鈕分別作為復位、模式切換、上增、下減、設置參數(shù)的功能。本設計直接采用直連的方式下的鍵盤設計，因為鍵位少，直連式的原理和連線都很簡單。鍵盤的檢測方法很簡單，當按鍵沒按下時，P3.3P3.7 出高電平，當有鍵按下時，則出低電平，因為硬件設計簡單，所以出于去抖動和防干擾方面，在編程時，需要編寫一系列抗干擾和去抖動的延時程序。電路如圖11 所示。16圖 11 鍵盤控制電路圖Fig.11 Keyboard Control Circuit3.7 報警電路模塊在設計中，為了硬件安全和溫度情況的反饋，此設計設有緊急狀態(tài)報警部分，以便讓操作人員

41、很容易明白當前情況，從而采取往后的處理的措施。單片機將采集得到的數(shù)據(jù)與設置好的上限和下限值進行對比，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警，每一路對應一個發(fā)光二極管，高于上限則紅燈亮，低于下限則綠燈亮，很直觀地可以看出究竟哪一路溫度出現(xiàn)異常，如果數(shù)據(jù)都在上限和下限之間，則發(fā)光二極管全部不亮。硬件設計如圖 12 所示。17圖 12 報警電路圖Fig.12 Alarm Circuit硬件中，運用了芯片 74HC595 的 11、12 管腳分別與單片機 P2.6、P2.5 相連，P2.6、P2.5 提供時鐘信號，觸發(fā)芯片。74HC595 芯片是一種串行輸入/出或者并行輸出的移位寄存器，具有高阻、關

42、、斷 3 態(tài)。管腳示意圖如圖 13 所示。圖 13 74HC595 管腳圖Fig.13 The Pins of 74HC59518管腳功能：1、2、3、4、5、6、7、15：三態(tài)輸出端8：接地端9：串行數(shù)據(jù)輸出10：清零端11：數(shù)據(jù)輸入時鐘12：輸出寄存時鐘13：輸出使能端14：數(shù)據(jù)線16：電源端194.軟件設計與調試本設計軟件程序主要是溫度收集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示，參數(shù)比較，采用軟件與鍵盤來實現(xiàn)報警上下限參數(shù)的設置，八路數(shù)據(jù)的定點或巡回顯示控制。主程序呈現(xiàn)模塊化，模板由系統(tǒng)初始化，計數(shù)器初始化模塊，數(shù)據(jù)轉換模塊，數(shù)據(jù)讀取模塊，數(shù)據(jù)顯示模塊，鍵盤控制模塊，參數(shù)設置模塊及報警控制模塊組成。系統(tǒng)初

43、始化模塊主要是對系統(tǒng)的初始化，AD 轉換芯片的初始化，定時器初始化，數(shù)據(jù)顯示初始化。4.1 軟件程序架構圖4.1.1 主程序流程圖主程序流程圖如圖 14 所示。圖 14 主程序流程圖Fig.14 Flow Chart of The Main Program204.1.2 數(shù)據(jù) A/D 轉換子程序流程圖A/D 轉換子程序流程圖如圖 15 所示。圖 15 A/D 轉換子程序流程圖Fig.15 Flow Chart of The A/D Conversion Subprogram4.1.3 信號采集子程序流程圖信號采集子程序流程圖如圖 16 所示。21圖 16 信號采集子程序流程圖Fig.16 Fl

44、ow Chart of The Signal Acquisition Subprogram4.1.4 顯示子程序流程圖顯示子程序流程圖如圖 17 所示。22圖 17 顯示子程序流程圖Fig.17 Flow Chart of The Display Subprogram4.1.5 巡回顯示子程序流程圖巡回顯示子程序流程圖如圖 18 所示。23圖 18 巡回顯示子程序流程圖Fig.18 Flow Chart of the Itineration Display Subprogram244.1.6 鍵盤控制子程序流程圖鍵盤控制子程序流程圖如圖 19 所示。圖 19 鍵盤控制子程序流程圖Fig.19

45、Flow Chart of The Keyboard Control Subprogram4.1.7 報警控制子程序流程圖報警控制子程序流程圖如圖 20 所示。25圖 20 報警控制子程序流程圖Fig.20 Flow Chart of The Alarm Control Subprogram265.總結在本次畢業(yè)設計進入尾聲的時候，總結一下這次設計的大概過程。首先，在硬件上，總體上與理想效果一致，但是在八路輸入電路上的電源，一度讓我陷入困境，原本情況下，硬件是有帶自己的電源電路部分的，但是由于希望電路更加簡單，降低復雜性，初次想利用集成元件 B0515 直接實現(xiàn)從 5V到 15V 的轉換，可是

46、萬萬想不到，B0515 居然承受不起輸入電路的阻抗，理想的 15V 直接變成了 9V，數(shù)據(jù)采集瞬時出現(xiàn)錯誤，誤差非常的大，最后，經過再三考慮，直接放棄了 B0515 的使用，直接采用 15V 的適配器電路，這樣，才使輸入電路可以理想的得到輸出，從而解決了硬件上功耗太大而無法實現(xiàn)的問題。最后到了軟件程序的編寫，這一方面剛開始非常頭疼，可能是我最大的難點，因為我本身對編程這一方面知識比較薄弱，一時之間，不知道從何設計起，然后我翻閱了大量資料，也與很多類似的程序對比，慢慢的，一句一句地完成了現(xiàn)在的程序?？偟膩碚f，這次設計無論從知識認知和經驗的積累，都對我有著很大的幫助，對我個人能力是一種很大的提升，

47、通過這次，能讓我在踏進社會前最后一次補充和完善了自我。下面照片為此次設計實物調試：27在常溫下，利用 1 號通道檢測室溫，結果圖如圖 21 所示。圖 21 常溫中第 1 號通道檢測溫度實物圖Fig.21 Temperature Detection of Channel 1 at Room Temperature 28在溫水中利用 8 號通道檢測溫水溫度，效果如圖 22 所示。圖 22 溫水中第 8 通道檢測溫度的實物圖Fig.22 Temperature Detection of Channel 8 in Warm Water29在冰水中利用 1 號通道檢測溫度，效果如圖 23 所示。圖 23

48、 冰水中第 1 號通道檢測溫度的實物圖Fig.23 Temperature Detection of Channel 1 in Iced Water306.結束語在此次畢業(yè)設計過程中，剛開始對巡回顯示和通信共享這兩方面完全不了解，后來通過在網上和圖書館查閱資料和老師的指導，慢慢理解了 RS-485 通信方式和掌握了如果巡回顯示的方法。借助了大量的資料，設計出這次最終的方案。為了這次智能溫度巡檢儀的設計與制作，我從圖書館和網上查閱了很多相關的參考資料，了解和掌握到了很多課本上沒有提到的專業(yè)知識，既拓寬了自己的專業(yè)知識層面，也進一步鞏固了自己的基礎專業(yè)知識，同時培養(yǎng)了我獨立思考和邏輯思維能力，動手

49、能力也得到了較大的提高。畢業(yè)設計是一個重要的環(huán)節(jié)，是檢測畢業(yè)生基本專業(yè)素養(yǎng)的一個重要指標，所以畢業(yè)設計質量的好壞能衡量學生綜合素質和實踐能力的高低，也是學校教學質量和辦學效益的重要內容。作為一名畢業(yè)生的我，必須以認真、絕對負責任的態(tài)度去對待和完成畢業(yè)設計這項工作。通過這段時間的學習和孫鳳文講師對我的指導，讓我受益匪淺。在軟件的編程及硬件的設計和制作方面有了更深的認識和了解，編程中設計的困難、硬件中實際與理論的不一致，這些問題都需要自己去慢慢解決和克服，然而最終還是能夠在老師的指導下制作出硬件和完成了軟件編程，這對我有再次鍛煉、在進入社會之前有最后一次強化自己的機會。由于時間和自身水平的有限，我

50、的設計在很多功能和設計方面還有很多的不足之處。但是通過這段時間以來的實踐，我也得到了很多的經驗和教訓，我想這將是我大學歷程中的一份非常寶貴財富。即將畢業(yè)的我充滿信心，通過此次畢業(yè)設計，我明白了自己的短處和長處，知識的盲點，這能讓自己更好的完善自己和補充自己總之，此次畢業(yè)設計，我收益良多，真正體現(xiàn)了大學工科生畢業(yè)設計的存在性和價值。經過這次設計我發(fā)現(xiàn)，理論知識對于設計實踐起到了很好的指導作用，而實踐跟理論存在著一定的偏差。這就大大地啟發(fā)了自己學海無涯，還有很多知識需要補充學習，然而在豐富自己理論知識的同時，別忘記了不能永遠的紙上談兵，只有重視電子實踐，才能更好的發(fā)揮專業(yè)的優(yōu)勢。31參考文獻：參考

51、文獻： 1康華光.電子技術基礎模擬部分（第四版）.北京:高等教育出版社,20052趙晶.Protel 99 SE 高級應用.北京：人民郵電出版社,20053張友漢.電子線路設計應用手冊.福州：福建科學技術出版社,20064唐俊翟.單片機原理與應用.北京：冶金工業(yè)出版社,2006 5中國電子協(xié)會.電子世界 2009 版.北京：電子世界雜志社,20096沈紅衛(wèi).單片機應用系統(tǒng)設計實例與分析.北京：航空大學出版社,20037吳金戎.8051 單片機實踐與應用.北京：清華大學出版社,20028李華.MCS51 系列單片機實用接口技術.北京：航空航天大學出,19999李朝表.單片機原理及接口技術.北京：

52、航空航天大學出版社,200210胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設計.北京：清華大學出版社,200232致致 謝謝感謝我的導師感謝我的導師- -孫鳳文講師，他工作嚴謹?shù)膽B(tài)度是我需要一直學習下去孫鳳文講師，他工作嚴謹?shù)膽B(tài)度是我需要一直學習下去的榜樣；他循循善誘的教導和嚴謹?shù)倪壿嬎季S給予我無盡的啟迪。的榜樣；他循循善誘的教導和嚴謹?shù)倪壿嬎季S給予我無盡的啟迪。非常謝謝非常謝謝我的我的5 5個親如兄弟的舍友，雖然我們是因為專插本而走在了一起，我們認識個親如兄弟的舍友，雖然我們是因為專插本而走在了一起，我們認識的時間也不長，只有短短的兩年，可是我們卻產生了不以時間論深厚的割舍的時間也不長，只有短短的兩年，可是我

53、們卻產生了不以時間論深厚的割舍不掉的感情，維系著宿舍那份類似回到家的溫馨。不掉的感情，維系著宿舍那份類似回到家的溫馨。眨眼又要畢業(yè)了，仿佛回眨眼又要畢業(yè)了，仿佛回到了兩年前?？飘厴I(yè)的時候。畢業(yè)前的各種心酸涌上心頭，今后大家再難得到了兩年前?？飘厴I(yè)的時候。畢業(yè)前的各種心酸涌上心頭，今后大家再難得聚在一起吃飯了吧，此時曾經嫌棄的飯?zhí)蒙詈退奚岘h(huán)境讓我們無比懷念。聚在一起吃飯了吧，此時曾經嫌棄的飯?zhí)蒙詈退奚岘h(huán)境讓我們無比懷念。不過，沒關系，各奔前程，珍重。大學的那些年所發(fā)生的事情，足夠我懷念不過，沒關系，各奔前程，珍重。大學的那些年所發(fā)生的事情，足夠我懷念一生。感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背

54、，養(yǎng)育之恩，無以回報，讓一生。感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，讓自己身邊在意的人健康美滿是我的祝愿。此刻，論文快將完工，我萬種情緒自己身邊在意的人健康美滿是我的祝愿。此刻，論文快將完工，我萬種情緒涌上心頭，從選題到論文完成，謝謝我的師長、同學、朋友給了我?guī)椭?，謝涌上心頭，從選題到論文完成，謝謝我的師長、同學、朋友給了我?guī)椭?，謝謝我的親人給我的支持，在這里請接受我誠摯的謝意！謝我的親人給我的支持，在這里請接受我誠摯的謝意！33附錄附錄附錄 1 設計電路仿真圖34附錄 2 設計電路總設計圖附錄 3 設計硬件實物圖35附錄 4 設計程序#include#include#de

55、fine uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ADCLK = P10;/模數(shù)轉換時鐘引腳sbit ADDI = P11;/模數(shù)轉換數(shù)據(jù)輸入引腳sbit ADDO = P11; /模數(shù)轉換數(shù)據(jù)輸出引腳 /因使用單總線式，所以兩個連接在一起。sbit CS1 = P13;/第一片模數(shù)轉換芯片sbit CS2 = P14;/第二片模數(shù)轉換芯片sbit CS3 = P15;/第三片模數(shù)轉換芯片sbit CS4 = P16;/第四片模數(shù)轉換芯片sbit SPEAK = P25;/蜂鳴器sbit ALARM = P24;/ 報警指示燈sbit

56、SEG1 = P20;/第一位數(shù)碼管sbit SEG2 = P21;/第二位數(shù)碼管sbit SEG3 = P22;/第三位數(shù)碼管sbit SEG4 = P23;/第四位數(shù)碼管sbit DS = P27;sbit TCP = P25;sbit HCP = P26;#define XUNJIAN 0#define CHAXUN 1#define SET 2unsigned char count,Sec; unsigned char Mode=0;unsigned char WenDu8;unsigned char Baojin8;unsigned char Baojin_Xia8;const uc

57、har TableDig17=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71,0 x00 / 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 共陰極數(shù)碼表;void init_serialcomm(void)/24M 9600 波特率 可以用TMOD=0 x21 ;SCON=0 x50;36PCON=0 x80;TCON=0 x03;TH1=0 xF3;TL1 = 0 xf3;TR1 =1; /啟動定時器 1ES=1;EA=1;/*/*

58、25ms 定時程序初始化*/*/void Timer0_Init(void) TMOD &= 0 xf1; / Timer0 in 13-bit mode ext. counter TMOD|=0 x01; /主要怕影響前面串口 0 使用 T1，TM0D=0X01;選擇定時器 0，方式 1; / gated counting T0 input TH0 = 0X3c; /Reinit Timer0 High register TL0 = 0Xaf; TR0=1; /開始計數(shù) ET0 = 1; / Timer0 interrupt enabledvoid display(uchar a,uchar Data_Tmp)unsigned int i;uchar b,c,d;b=Data_Tmp/100;c=(Data_Tmp%100)/10;d=Data_Tmp%10;P0=TableDiga; P2&=0 x01;i=20;while(i-);P2|=0 xf0;P0=TableDigb;P2&=0 x02;i=20;while(i-);37P2|=0 xf0;P0=TableDigc;P2&=0X04;i=20;while(i-);P2|=0 xf0;P0=TableDigd;P2&=0X08;i=20;while(i-);P2|=0 xf0;