多路溫度的巡回檢測(cè)

1、多路溫度巡回檢測(cè)李丹孟令雷楊樂(lè) 張巧玲程建川(電氣學(xué)院)指導(dǎo)老師：趙志衡摘 要：本系統(tǒng)由單片機(jī)及其最小系統(tǒng)模塊、熱電偶測(cè)溫模塊、AD620信號(hào)放大 模塊、鍵盤模塊、LED時(shí)鐘顯示模塊、LCD圖形顯示模塊、串口通訊模塊組成。可 以實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量、分時(shí)顯示，用戶可以通過(guò)鍵盤選擇需要顯示的通 道，也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)上的用戶界面查看溫度變化，強(qiáng)大的顯示功能給用戶一個(gè) 直觀的印象。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；多路溫度；液晶；串口通訊；鍵盤；時(shí)鐘立項(xiàng)依據(jù)1.1課題研究的目的、意義課題研究的目的：通過(guò)課題的研究進(jìn)一步鞏固所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)學(xué)習(xí)課程以外的知識(shí)，培養(yǎng) 綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。鍛煉動(dòng)手能力與實(shí)際工作能力，將

2、所學(xué)的理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神，加強(qiáng)協(xié)作能力，增進(jìn)同學(xué)間的友誼。課題研究的意義：研究過(guò)程本身可以使參與者得到極大的鍛煉，為將來(lái)參加實(shí)際工作做好準(zhǔn) 備。研究的預(yù)期成果可以彌補(bǔ)現(xiàn)有現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)環(huán)境的不足。1.2現(xiàn)狀分析溫度的測(cè)量在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，本系統(tǒng)以實(shí)驗(yàn)室里的線圈發(fā)熱的溫度測(cè)量 為載體進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)可以在很多將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的系統(tǒng)中 應(yīng)用，強(qiáng)大的顯示功能給人們更直觀的認(rèn)識(shí)。友好的鍵盤輸入屆面，更是方便了 人的介入。方案論證與比較2.1六路模擬信號(hào)與入/1）變換器部分被測(cè)信號(hào)為一路由A/D590測(cè)得的代表室溫的電壓信號(hào)，經(jīng)OP07放大后在0-5V 范圍內(nèi)，五路由熱電偶測(cè)得的

3、代表線圈各點(diǎn)溫度與室溫差值的電壓信號(hào)，經(jīng) A/D620放大后也在0-5V范圍內(nèi)。對(duì)于A/D變換器的選擇有兩種方案：方案一：采 用帶多路模擬開(kāi)關(guān)功能的芯片ADC0809,分辨率為8位，精度較低，但控制方便； 方案二：采用芯片AD574和多路模擬開(kāi)關(guān)AD4051,AD4051完成多路溫度的切換功 能，AD574進(jìn)行模擬數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，分辨率為12位，精度較高，控制也不是很 麻煩。比較兩種方案從獲得更高精度方面考慮選擇第二種方案。2.2數(shù)據(jù)采集部分?jǐn)?shù)據(jù)的采集采用一次采集六路信號(hào)的方式，對(duì)于每一路采集三次求平均值， 這樣可以減小偶然誤差。對(duì)于采樣時(shí)間間隔的定時(shí)有兩種方案：方案一用單片機(jī) 內(nèi)部定時(shí)器，這

4、樣比較方便，但是有個(gè)很大的缺點(diǎn)就是不準(zhǔn)確，定時(shí)一小時(shí)后， 誤差大概在二分鐘左右，這幾乎是不允許的；方案二是采用專用的時(shí)鐘日歷芯片 DS12887,這種芯片可以提供比較精確的定時(shí)時(shí)間，而且還可以將其發(fā)出的時(shí)間送 LED顯示，起到時(shí)鐘的作用，可謂一舉兩得。2.3數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與提取部分經(jīng)AD574轉(zhuǎn)換來(lái)的信號(hào)的存儲(chǔ)方式有兩種，方案一：連續(xù)存儲(chǔ)即將同時(shí)采得 的六路數(shù)據(jù)按順序存放在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，這樣存儲(chǔ)，對(duì)于存儲(chǔ)比較方便，但 是提取比較麻煩，因?yàn)樘崛∈翘崛∑渲械膬陕沸盘?hào)運(yùn)算后顯示。方案二：分開(kāi)存 儲(chǔ)即將同時(shí)采得的六路信號(hào)放在已經(jīng)分開(kāi)的六個(gè)存儲(chǔ)空間中，六個(gè)空間有不同的 起始地址，這樣存儲(chǔ)使得存儲(chǔ)和提取都

5、很方便，因此采用第二種方案。2.4數(shù)據(jù)處理部分放入存儲(chǔ)空間里的數(shù)據(jù)只是溫度信號(hào)的電壓表示形式，顯示的時(shí)候要將其轉(zhuǎn) 化為溫度形式，根據(jù)熱電偶測(cè)溫原理，被測(cè)信號(hào)的實(shí)際溫度為室溫加上熱電偶輸 出的電壓代表的溫度。AD590輸出的電壓信號(hào)經(jīng)OP07放大后與溫度的的關(guān)系為0.1V代表1oc,熱電 偶輸出的電壓信號(hào)經(jīng)AD620放大后與溫度的關(guān)系為0.2V代表1。2.5溫度的顯示（液晶顯示部分）經(jīng)過(guò)處理后的溫度信號(hào)要顯示到液晶上還要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，由于點(diǎn)陣液晶是通過(guò) 點(diǎn)亮一些點(diǎn)來(lái)繪制出圖形，去掉坐標(biāo)軸后剩下56行和120列用于繪制曲線，由于 要體現(xiàn)的溫度曲線在20-100，按照每格點(diǎn)代表2繪制曲線，這樣精度肯定受

6、 到影響，但是用液晶只是用來(lái)反映溫度的大致趨勢(shì)，要得到更精確的溫度曲線可 以從上位機(jī)即計(jì)算機(jī)得到，另外液晶上也標(biāo)明了當(dāng)前溫度的值，這個(gè)數(shù)值精確到 0.1精度已足夠。2.6溫度的顯示（計(jì)算機(jī)顯示部分）上位機(jī)與51單片機(jī)串行通訊有三種方案：方案一，通過(guò)按鍵選擇通道數(shù)，單 片機(jī)上傳數(shù)據(jù)，上位機(jī)顯示圖形。方案二，單片機(jī)循環(huán)上傳六路數(shù)據(jù)，上位機(jī)在 六個(gè)窗口中依次顯示所采集到的數(shù)據(jù)。方案三，通過(guò)上位機(jī)選擇通道數(shù)，然后發(fā) 送控制符給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)收到的控制符來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的操作。方案一通過(guò)按 鍵切換通道，圖形顯示與液晶捆綁在一起，計(jì)算機(jī)顯示不僅顯得多余，而且浪 費(fèi)了單片機(jī)資源.。方案二雖可實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的同時(shí)

7、顯示，但是這樣不太符合人 們觀察得習(xí)慣，而且加重了單片機(jī)負(fù)擔(dān)，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。以上兩種方案還有 一個(gè)共同缺點(diǎn)，就是只實(shí)現(xiàn)了單工通訊，沒(méi)有數(shù)據(jù)校驗(yàn)及錯(cuò)誤處理。方案三串行 通訊采用中斷方式,單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，立即產(chǎn)生串行口中斷，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù) 程序，然后根據(jù)接收到控制符的含義發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完后即退出中斷 服務(wù)程序。上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)編寫的協(xié)議，若數(shù)據(jù)正確則 根據(jù)建立得數(shù)學(xué)模型將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化成溫度值后送顯示，若數(shù)據(jù)錯(cuò)誤則發(fā)送錯(cuò) 誤標(biāo)志符請(qǐng)求重發(fā)。這樣就實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與單片機(jī)之間一問(wèn)一答式的半雙工通 訊。上位機(jī)接收到單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，首先判斷第一個(gè)字節(jié)是否為上次發(fā)送

8、的控制符，若發(fā)生錯(cuò)誤，則舍棄數(shù)據(jù)包并重新選擇通道。然后判斷第二字節(jié)是否 與第四字節(jié)相同以及第三字節(jié)是否與第五字節(jié)相同，若不相同，舍棄數(shù)據(jù)并發(fā)送 相應(yīng)的控制符，請(qǐng)求重新發(fā)送上一個(gè)數(shù)據(jù)包，若相同，則保存數(shù)據(jù)?？梢?jiàn)，方案 三為比較理想的方案。2.7鍵盤部分鍵盤的制作有兩種方案：方案一：直接使用I/O 口作為鍵盤行線和列線選擇 按鍵，這樣的好處是比較簡(jiǎn)單，但是當(dāng)需要按鍵消抖和多個(gè)按鍵同時(shí)按下處理時(shí)， 軟件部分顯得比較笨重，比較繁瑣，時(shí)間較慢。方案二：采用通用鍵盤顯示器接 口芯片8279, 8279對(duì)鍵盤部分提供一種掃描工作方式，能對(duì)64個(gè)按鍵鍵盤陣列 不斷掃描，自動(dòng)消抖，自動(dòng)識(shí)別出閉合的按鍵并得到鍵號(hào)

9、，能對(duì)雙鍵或N鍵同時(shí) 按下進(jìn)行處理。同時(shí)8279可以顯示多達(dá)16位的字符或數(shù)字，這樣正好和DS12887 配合顯示當(dāng)前時(shí)間。綜上，選擇第二種方案。2.8時(shí)鐘部分時(shí)間的設(shè)定也有兩種方案：一種方案是設(shè)定一次時(shí)間后就不再改變，這樣編 程控制比較方便，但是有一個(gè)問(wèn)題是一旦時(shí)間不準(zhǔn)，除了修改程序重新初始化以 外沒(méi)有別的辦法能夠修訂時(shí)鐘；第二種方案是通過(guò)上位機(jī)從串口輸入準(zhǔn)確的時(shí) 間，這樣雖然帶來(lái)了編程的麻煩，但是控制時(shí)鐘比較方便，可以很方便的修訂時(shí) 間。本系統(tǒng)采用方案二。3.原理框圖鍵盤部分模擬部分4.設(shè)計(jì)原理圖4.1模擬部分(只畫出一路信號(hào)的放大部分，和室溫測(cè)量部分)1). AD620信號(hào)放大部分2).

10、AD590測(cè)量室溫部分3).穩(wěn)壓電源部分4.24.3 AD574采樣部分4.4鍵盤及LED顯示部分4.5 AT89C52及其外圍接口電路部分_LI-I_LI-II-I_LI-II-II-I_LI-II-II-IJ. -r4-r44-r4-r-T4-r-r4-r百-.J-l-5.1主程序流程圖5.程序流程圖5.2顯示初始界面程序流程圖5.3采樣程序流程圖5.4采樣后送顯示程序流程圖5.5鍵盤部分程序流程圖5.6定時(shí)程序及其中斷服務(wù)程序流程圖初始化DS12887,設(shè)定當(dāng)前時(shí)間及其內(nèi)部時(shí)鐘頻率，設(shè)定工作方式5.7上位機(jī)串口操作流程圖5.8單片機(jī)串口中斷服務(wù)程序流程圖6.系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果分析6.1測(cè)試儀

11、器UT56手持式四位半數(shù)字多用表兩塊DS5102CA 100MHZ雙信道數(shù)字示波器一臺(tái)TFG3050 DDS函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)DF17351SB5AB直流電源一臺(tái)奔四3.0計(jì)算機(jī)一臺(tái)6.2測(cè)試方法先分別調(diào)試各功能單元模塊，調(diào)通后再進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，以提高調(diào)試效率。調(diào) 試過(guò)程如下:.模擬部分調(diào)試 這部分包括AD590測(cè)量室溫，及其經(jīng)過(guò)OP07信號(hào)放大 部分；五路經(jīng)熱電偶測(cè)溫輸出電壓小信號(hào)經(jīng)AD620信號(hào)放大部分。調(diào)試時(shí)，先調(diào) 試室溫部分，通過(guò)溫度計(jì)測(cè)得當(dāng)前室內(nèi)溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)9V穩(wěn)壓源與AD590之間 串聯(lián)的可調(diào)電阻的阻值使溫度與輸出電壓的關(guān)系是1oc代表0.1VOP07五腳與一 腳之間的可調(diào)電阻是用

12、來(lái)調(diào)節(jié)零漂的。調(diào)好室溫后，再調(diào)節(jié)AD620輸入電壓與輸 出電壓的關(guān)系，使之滿足輸出信號(hào)是輸入信號(hào)的1000倍，其中AD620的一腳和 八腳之間接的是精密電阻，電阻值通過(guò)公式R = 49竺確定。G -1 . AT89C52及其外圍電路部分的調(diào)試 這部分電路是系統(tǒng)的主要部分， 包括微處理器AT89C52，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM6264，74HC138譯碼器，時(shí)鐘日歷 芯片DS12887，并行IO接口芯片8255，AD574模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，RS-232C雙工發(fā) 送器/接收器接口電路芯片MAX232，液晶接口插槽，鍵盤接口插槽。調(diào)試的時(shí)候 從液晶部分開(kāi)始，執(zhí)行液晶清屏和全部點(diǎn)亮等簡(jiǎn)單的操作，當(dāng)調(diào)試成功后，

13、再進(jìn) 行查表操作，往液晶里寫數(shù)字和漢字，都成功后說(shuō)明液晶部分已經(jīng)可以控制。調(diào) 節(jié)AD采樣部分時(shí)，給AD574輸入標(biāo)準(zhǔn)的5V電壓，用偉福仿真器觀察轉(zhuǎn)化是否正 確，正確后將其寫入外部RAM中檢查RAM是否工作正常，同樣是從偉福仿真器中 相應(yīng)的地址單元觀察。這部分調(diào)好后輸入一個(gè)方波觀察轉(zhuǎn)換結(jié)果是否正確。都正 確后，調(diào)試采樣后結(jié)果送液品顯示部分，同樣是先給標(biāo)準(zhǔn)5V電壓，觀察液晶上 輸出是不是直線，所在位置是否正確，正確后送方波觀察結(jié)果是否正確，其后用 正弦波觀察。串口的調(diào)試方案是：先用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接 收，檢查程序的正確性，然后再將串口接到實(shí)驗(yàn)板上進(jìn)行調(diào)試。時(shí)鐘日歷芯片的 調(diào)試要結(jié)

14、合鍵盤及LED顯示部分，可以同鍵盤一起調(diào)。各部分都成功后再進(jìn)行整 個(gè)板的調(diào)試，檢查有無(wú)沖突的地方。 鍵盤、LED、時(shí)鐘日歷部分的調(diào)試 先編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序?qū)⑤斎氲?鍵值送LED顯示觀察結(jié)果是否正確，對(duì)于時(shí)鐘日歷的調(diào)試是通過(guò)初始化DS12887 后將時(shí)間送LED顯示查看結(jié)果的正確性。.整機(jī)調(diào)試各個(gè)部分都調(diào)通后，將各部分連起來(lái)調(diào)，檢查是否能滿足 基本功能，這部分工作量較大，要注意軟件上各個(gè)部分的銜接，是否有互相影響 的因素，由于程序中用到了中斷，要注意對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)，還有對(duì)與鍵盤要考慮小 豆時(shí)間是否合理。這時(shí)候硬件電路出錯(cuò)的可能已經(jīng)比較小，但是也要注意各部分 是否有互相影響的地方，要注意防止外界的干

15、擾。6.3結(jié)果分析將調(diào)試完成后的程序燒進(jìn)AT89C52中后，去掉偉福仿真器運(yùn)行，觀察結(jié)果。經(jīng)觀察液晶上的曲線有微小的跳變幅度在2-4攝氏度之間不等，但是室溫那 一路比較平穩(wěn)基本呈一條直線。我們認(rèn)為由于液晶點(diǎn)數(shù)有限造成顯示的時(shí)候一個(gè) 點(diǎn)需要代表2攝氏度，這樣由于在線包溫度上升的過(guò)程中處于臨界狀態(tài)的時(shí)候， 由于溫度的微小浮動(dòng)造成顯示的很大差別。再有一個(gè)原因是，AD620上帶有精密 電阻，而其放大倍數(shù)是1000倍，使得只要電阻有微小的變化，輸出電壓都會(huì)發(fā) 生很大的變化從而影響采樣得到值，進(jìn)而影響液晶上顯示的曲線形狀，對(duì)精密電 阻進(jìn)行屏蔽后效果會(huì)好一點(diǎn)。串口通訊到上位機(jī)后顯示波形為：1).室溫部分2).其中一路的溫升曲線3).回放時(shí)的曲線分析以上計(jì)算機(jī)得到的結(jié)果，在考慮誤差與外界干擾的情況下，結(jié)果還是比 較令人滿意的。通過(guò)上位機(jī)調(diào)整時(shí)間的界面：1).通過(guò)獲取系統(tǒng)時(shí)間調(diào)整時(shí)間X任務(wù)欄荻服系統(tǒng)時(shí)間輸人:時(shí)間確認(rèn)2).通過(guò)設(shè)定時(shí)間調(diào)整時(shí)間通過(guò)這個(gè)程序可以方便的對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。心得體會(huì)通過(guò)對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，使我們對(duì)數(shù)據(jù)采樣，數(shù)據(jù)處理，及MCS-51 單片機(jī)的編程有了更深的了解。明白了做課題研究的一般步驟和方法，特別是實(shí) 際調(diào)試的時(shí)候要善于找到問(wèn)題的根源，勤于思考、善于思考，培