測控電路課程設(shè)計：壓力測量控制系統(tǒng)

單片機原理課程論文題目壓力測量單片機學(xué)生姓名： 齊鵬 學(xué)號：13074037 院（系）: 工程學(xué)院專業(yè)： 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化2012年7月1摘要溫度的測量是生產(chǎn)生活中時常需要的工作，進入 21世紀后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、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熱電阻為溫度檢測元件，設(shè)計了一個對單點溫度實時檢測的單片機溫度檢測系統(tǒng)?；驹O(shè)計內(nèi)容及要求使用PT100溫度傳感器（電阻值隨溫度變化），設(shè)計傳感器放大電路，將傳感器的電阻值轉(zhuǎn)變?yōu)?~5V電壓信號，將溫度值顯示出來。再設(shè)計控制電路，控制一個300W電熱杯溫度，使其能夠穩(wěn)定在設(shè)定的溫度值。電路特點設(shè)計以測量顯示部分電路為主，以單片機系統(tǒng)為核心，對單點的溫度進行實時測量檢測。并采用熱電阻PT100作為溫度傳感器、op07作為信號放大器、ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換部件，對于溫度信號的采集具有大范圍、高精度的特點。在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升，具有更高的性價比。2電路設(shè)計總體設(shè)計思想方案論證方案1：采用單片機測量并控制溫度，測量電路采用電橋電路。此方案硬件電路簡單，但是需設(shè)計復(fù)雜的軟件電路

方案2:采用模擬電路測量并控制溫度，測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,此方案硬件電路簡單，易于構(gòu)成。雖然軟件復(fù)雜，單片機程序易于獲取，且可以用軟件校正溫度的測量，使測量結(jié)果更加精確。2.1.2原理框圖㈡㈡2.1.3硬件設(shè)計思想電路中單片機采用的是89C51,是我們書中常用的單片機型號。在溫度信號的獲取與放大電路中，以PT100為溫度傳感器獲取溫度信號，以放大器op07為信號放大器件。電熱杯控制電路中，由于電熱杯是使用220v的強電，故需要與單片機電路隔離，采用的是繼電器控制電熱杯。用 7409驅(qū)動繼電器，二極管作為繼電器的

保護電路顯示電路中由于需要顯示帶小數(shù)點的4位數(shù)字，采用的是4個Bcd7段帶小數(shù)點的共陰數(shù)碼管顯示測量值，用8255擴展單片機的輸出端口。鍵盤電路中采用的是三個獨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)系到整個系統(tǒng)的精確度。由于本系統(tǒng)測量的是溫度信號，響應(yīng)時間長，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便能能達到設(shè)計的基本要求。為進一步提高精度，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)來提高測量分辨率。因為 8位ADC0809其性價比更高，更重要的是我在課本上學(xué)的就是 ADC0809對它更加熟悉，所以本次設(shè)計我選用了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單片機電路單片機采用89C51。AT89系列單片機對于一般用戶來說，有下列明顯的優(yōu)點：①內(nèi)部含有Flash存儲器，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)時間。②與MCS-51系列單片機引腳兼容，可以直接進行代換。③AT89系列并不對80C31的簡單繼承，功能進一步增強，在我國這種單片機受到廣泛青睞。時鐘顯示單片機內(nèi)部的振蕩電路是一個高增益反相放大器，引線 XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時鐘，外部還需附加電路。單片機的時鐘產(chǎn)生方式有兩種。內(nèi)部時鐘方式。②外部時鐘方式。田雷齊魯盤雷協(xié)L外時特二T7CTAI.,田雷齊魯盤雷協(xié)L外時特二T7CTAI.,r03-ZHMC&al単片機的甲片機的#卜怖駕卄方式221.2復(fù)位電路單片機的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的。單片機工作后，只要在它的 RST引線上加載高電平，單片機就能夠有效地復(fù)位。單片機通常采用上電自動復(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，以放大器op07為信號放大器件。熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。通常將其放在電橋的橋臂上，溫度變化時，熱電阻兩端的電壓信號被送到儀器放大器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：測量范圍：-200r?+850C；允許偏差值「C：A級一0.150.0021，B級一0.300.005t；響應(yīng)時間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、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。鉑熱電阻的線性較好，在0?100攝氏度之間變化時，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，RRt=100：(1AtBt2Ct3*t-100;0CWt<850C時，RRt=1001AtBt2；式中，A=0.00390802;B=-0.000000580;0=0.0000000000042735.可見PT100在常溫0?100攝氏度之間變化時線性度非常好，其阻值表達式可近似簡化為：RRt=100“「At，當溫度變化1C，PT100阻值近似變化0.39.|。222.2信號放大電路對信號放大，我使用了低價格、高精度的儀器放大器OP07,它運用方便，O是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路,可以通過外接電阻方便的進行各種增益的調(diào)整。其增益計算公式為:二：2.2.2.3溫度值計算過程由于A/D檢測到的模擬電壓值計算可到的值，然后利用如下公式求出溫度值:對信號放大，我使用了低價格、高精度的儀器放大器OP07,它運用方便，O是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路,可以通過外接電阻方便的進行各種增益的調(diào)整。其增益計算公式為:二：2.2.2.3溫度值計算過程由于A/D檢測到的模擬電壓值計算可到的值，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，可以和單片機直接接口。它是美國國家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，是目前國內(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8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(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0E端為高電平時，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ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，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，與單片機接口簡單易行。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。因此這種LED顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)碼管。當LED數(shù)碼管與單片機相連時，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型單片機某一個并行I/O口D0D1、，、D7,當該I/O口輸出某一特定數(shù)據(jù)時，就能使LED數(shù)碼管顯示出某個字符。LED數(shù)碼管編碼方式有多種，按小數(shù)點計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， 不計小數(shù)點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)動繼電器，二極管作為繼電器的保護電路。其電路仿真圖如下：小結(jié)本方案設(shè)計完成溫度測量及控制的任務(wù)。由總體電路可知此溫度測量控制系統(tǒng)硬件電路由于單片機的使用簡單明了， 每一部分功能較為單一集中，便于設(shè)計及排查問題，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)果較為準確。改進意見本設(shè)計中使用單片機測量溫度，通過繼電器控制單片機的方案，需要準確的單片機程序，并且可以嘗試設(shè)計智能系統(tǒng)，控制測量溫度的數(shù)值或范圍，功能將