多路温度采集及监控系统的设计与实现,温度采集,8051F35.

1、多路温度采集及监控系统的设计与实现，温度采集，8051F3520, CAN总线，A/ D 转换1 引言温度是生产过程和科学试验中普遍且重要的物理参数。在工业生产中， 为了高效生产，必须对生产过程中的主要参数，如温度、压力、流量、速度等 进行有效控制。其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和 有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的主要条件。 2 系统概述整个 温度控制系统主要由计算机控制系统 （ 上位机 ） 、单片机测控系统 （ 下位机 ）、温 度传感器组、功率加热系统等部分组成。系统采用了模块化的设计思想1 引言温度是生产过程和科学试验中普遍且重要的物理参数。在工业生产中，

2、为了高 效生产，必须对生产过程中的主要参数，如温度、压力、流量、速度等进行有 效控制。其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地 控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的主要条件。2 系统概述整个温度控制系统主要由计算机控制系统 （ 上位机） 、单片机测控系统 （下位 机） 、温度传感器组、功率加热系统等部分组成。系统采用了模块化的设计思 想，组建方式灵活，并可利用多块单片机测控系统组合的方法增加测量点，具 有良好的扩展性。系统结构框图如图 1 所示。温度测量采用高精度的温度传感器 PT100获得物体当前温度，经过低功耗、低 输入失调电压、线性好的 OP07A进行信号放大，送至

3、8051F350内部高速率24 位A/D转换器，根据系统设定的目标温度（由上位机发送）和控制范围，通过6 路PWMI制加热器的工作状况，使物体达到目标温度并且保持恒温状态。同时 可以利用单片机内部的 Flash 存储器把各通道设定的温度、系统参数存储起 来。当系统断电或复位后，可以继续运行，增强了系统的抗干扰性能。3 系统硬件设计3.1 主控电路温度采集监控系统的主控电路采用高性能、功能强大的8051F350。 8051F350是由 Cygnal 公司推出的完全集成的混合信号系统级芯片 （SoC） ，具有 CIP-51 微 控制器内核，与MCS51旨令集完全兼容；机器周期由标准的12个系统时钟

4、降为 1个系统时钟周期，处理能力大大提高，峰值速度可达25MI /s;内部集成了构成单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所 有模拟和数字外设及其他功能元件（包括PGA ADC DAC电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBU0I2C、UART SPI、定时器、可编程计数器/定时器阵 列、内部振荡器、看门狗定时器以及电源监视器等 ） 。3.2 温度采集测量电路温度采集测量部分采用高精度、重复性好、应用广泛的PT100作为采样电阻；信号放大部分采用低功耗、低输入失调电压、线性好的OP07A A/ D模块采用8051F350内部的高速率24位A/D转换器。温度采集测量电路如图 2所示，图 中PT10

5、0是高精度温度传感器，Z1是3.6V 稳压管，起保护作用。3.3 串行通信电路串行通信采用压差传输的CAN总线，它具有传输距离远、抑止共模干扰能力强 等优点，通信速率可达1 Mb/s。CAN总线通信接口集成了 CAN协议的物理层和 数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、 循环冗余检验、优先级判别等。数据段长度最多为 8 个字节，可满足通常工业 领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时， 8个字节不会占用 总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC佥验并可提供相 应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。在整个温度测控系统中，采用 CAN总

6、线作为数据通信线路，测温模块安装在距离测量点较近地范围内，这 样，来自传感器的接线就比较短，从而减少了干扰。3.4 功率控制模块P10P15输出6路PWM波，通过光电隔离和RC滤波电路控制可控硅模块的输 入控制电压，改变可控硅模块的导通角，从而改变输出功率。功率控制模块电 路如图3所示，其中P10, P10分别是一路PM，通过改变它们的高低电平比例 来改变控制电压K0和K1,从而控制加热器的功率。4 系统软件设计整个系统的软件设计包括两部分：计算机软件 （上位机）和单片机软件。其中， 计算机软件主要完成设定温度、监控系统当前温度和标定系统。单片机软件完 成A/D采集、串口通信和功率模块控制。上

7、位机软件采用LabWindow/CVI编写，它将功能强大、使用灵活的 C语言平 台和用于数据采集分析和显示的测控专业工具有机地结合起来，利用它的集成 化开发环境、交互式编程方法、函数面板和丰富的库函数大大增强了C语言的功能，为建立测试系统、自动测试环境、数据采集系统、过程监控系统等应用 软件提供了一个理想的软件开发环境。可以脱离Labwindows/CVI 开发环境运行，用户最终看见的是和实际仪器面板相类似的操作面板。板卡与PC机通过RS-232串口线连接。下位机程序框图如图 4 所示。系统上电后，下位机程序可使单片机不停地采集 温度，当上位机向下位机发出命令置位采集标志位时，下位机采集的温度

8、送到 上位机的面板并显示，再将所采集的温度数据同预先所设定的温度值相比较， 当采集的温度小于设定温度时，根据采集的温度值跟设定温度差值的大小，单 片机的P10P15引脚输出6路PWM通过光电隔离TLP521-2和RC滤波电路控制可控硅模块 的输入控制电压，改变可控硅模块的导通角，从而改变输出功率。随着采集到 的温度值越来越接近设定温度值，单片机输出的PWMS越来越大，导通角越来越小，输出的功率也相应变小，直到采集的温度等于设定温度时，导通角完全 关断。同时下位机也可随时响应串口中断，便于用户通过上位机设置或修改设 定温度和控制范围。5 结束语 本系统设计采用高精度温度传感器和低输入失调电压、线性好的运算放大器组 成信号