智能温度测量仪的设计(1)VIP

1、华中科技大学文华学院智能仪器课程设计 题目：智能型温度测量仪的设计 专业: 09电信3班 姓名： 杨鑫 学号: 指导老师： 夏银桥 智能型温度测量仪的设计一、课程设计的目的通过本课程设计，使我们掌握智能仪器的一般设计方法，熟悉系统硬件和软件的一般开发环境和开发流程，为设计和开发智能仪器打下坚实的基础。二、设计任务及要求设计功能要求：配合电阻温度传感器，实现温度的测量；具有开机自检、自动调零功能；具有克服随机误差的数字滤波功能；. 使用220V/50Hz交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能设计；主要技术指标：测量温度范围：0200测量误差：1%显示方式：4位LED数码管显示被测温度值

2、三、总体方案论证与选择将集成温度传感器AD590（0时为0.2732mA）因温度变化，导致电流变化（0.001mA/），经OPA转换为电压变化输入ADC0804，输入电压Vin（05V之间）经过A/D转换之后，其值由8751处理，最后将其显示在D4，D3，D2，D1共四个七段显示器。其中包含了时钟显示电路。该温度测量仪可以实现温度的测量，数据的显示、储存以及日历时间的显示。从功能要求看，系统功能并不复杂，52系列即8051单片机完全可以胜任主机的角色。从测温范围看，电流型两线制集成温度传感器AD590可满足设计要求。从测量误差看，普通运放和10位以上的A/D转换器可以满足精度要求。方案1集成电

3、路温度传感器测量放大电路AD转换器单片机DA转换器放大器输出方案2热电阻传感器电压放大电路AD转换器单片机DA转换器滤波器输出以上两个方案的主要区别是选用的传感器不同，两种传感器都具有测量精度较高的特点。热电阻传感器测温范围更宽，但需要非线性校正；集成电路温度传感器测温范围较窄，但线性很好，不需要非线性校正，软、硬件设计较简单。四、系统总体原理框图图2.6 系统总体原理框图信号输入部分总体设计五、各模块的方案设计（1）、选择温度传感器器件常用的热电传感器有热电阻、热电偶、集成温度传感器等。集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过

4、发射极电流I的下述关系实现对温度的检测： 式中，k波尔兹常数；q电子电荷绝对值。集成温度传感器按输出信号可分为电压型和电流型两种，其输出电压或电流与绝对温度成线性关系。本次设计用到电流型两线制集成温度传感器AD590（0时为0.2732mA）。AD590的主要特性如下：（1）流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：Ir/T=1mA/K式中：Ir流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T热力学温度，单位为K。（2）AD590的测温范围为-55+150。（3）AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流Ir变化1mA，相当于温度变化1K

5、。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。（4）输出电阻为710MW。（5）精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为±0.3。（2）、选择单片机器件单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。选择器件时应考虑其性能是否满足设计需求，是否具有良好的技术支持和文档支持，是否具有良好的性价比等，其核心是单片机的选型。在大多

6、情况下，理应选择性价比高的单片机及其它器件，但在某些特殊场合，当性能成为决定因素时，应以性能优先原则选择所需的单片机或其它器件。单片机一般分为51系列和52系列，本次设计用到的是52系列即8051单片机。在微机控制系统中，工业生产过程的被测控参数，如温度、压力、流量、液位、成份、速度等都是连续变化的量，习惯上称为模拟量，而计算机所需要的则是离散的数字量。因此，在过程控制及微机进行数据处理的系统中，必须首先把模拟量变成数字量。这样才能送到微机进行处理和运算，然后显示打印结果，或通过控制电路对现场进行控制。（3）、放大器的设计温度传感器的输出电压经过ISO100隔离放大(单增益)后，将输出电压送给

7、测量放大器进行放大，以便放大后的输出电压和A/D转换器的量程相匹配。测量放大器的输入阻抗高，易于与各种信号源相匹配。它的输入失调电压、输入失调电流及输入偏置电流小，时间漂移小，因而稳定性好。它的共模抑制比大，适用于在大的共模电压背景下对微小差模信号的放大。它是一种高性能的放大器，常用于热电偶、应变电桥、流量计量、生物测量以及其它有较大共模干扰下的本质上是直流缓变的微弱差模信号放大。本设计中选用了AD521，它是美国AD公司生产的第二代单片集成精密仪表放大器。AD521的特性参数如下：(1) 可调范围为0.110000(2) 温度稳定性为士(3士0.05G) PPM/(3) 失调电压为0.5mV

8、(4) 差模输入电阻为3×109W(5) 共模输入电压为6×109W(6) 温漂系数为1.5uV/（4）、A/D和D/A转换器设计通常嵌入式单片机（MCU），由于设计用途的不同，并不是每一种都有A/D转换，即使有的带A/D转换，一般都是8位或10位分辨率，用户在使用这些芯片而又需要较高分辨率的A/D功能时，一般要外接专用的A/D芯片，如MAX110等。这些芯片虽然具有精度好、分辨率高，使用方便等优点，但价格很高，增大了系统成本，为此可使用各种A/D转换技术构成廉价的A/D。一般A/D转换常用以下四种方式：1 计算式A/D。速度慢，结构简单，价格低。2 双积分式A/D。精度高

9、，速度慢，能消除干扰和电源噪声。3 逐次逼近式A/D。速度高。4 并行转换A/D。速度最快，但成本高。在与计算机相配接时，逐次逼近式A/D转换器使用最多，常用的有8位、10位、12位、16位等。位数越多，精度越高，价格也越高，应用时根据精度要求选用。常用的8位A/D转换器有ADC0801、0803、0804等型号，有的还带8位多路开关，如ADC0808、0809等。转换方式可分为两种：1 软件转换方式用A/D器件加上软件实现A/D转换。其特点是价格较低、速度慢、软件复杂。2 硬件转换方式直接用A/D器件，其特点是速度快、价格高、硬件简单。8位A/D启动转换转换结束P1 单片机 8031 805

10、1 8751P20 INT 锁存器VINN A/D转换器硬件与单片机连接的方式若A/D转换器中带锁存器，可与单片机直连；若A/D片中不带锁存器，则在单片机与A/D之间要家锁存器（如图2.3中显示），如74LS373等。至于进入单片机后的信号如何处理，则要根据测试控制要求来决定。控制可用位控方式，也可用D/A转换方式等。 A/D转换与51单片机的接口（5）、显示器及键盘的设计单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器LED (Light Emitting Diode);液晶显示器LCD (Liquid Crystal Display);近年也有配置CRT显示器的。LCD和CRT器可进行图

11、形设计，但接口比较复杂，成本也较高;LED显示器，价格便宜，配置灵活，与单片机接口方便，因此本设计中采用的是LED显示器。在电路中为8279扩展工/0控制的8位共阴极LED动态显示接口电路。由于所有8位段选线皆由一个1/0口控制，因此，在每一瞬间，8位LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法轮流点亮各位LED，记载每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制T/0口输出相应字符段选码(字型码)，而位选则控制工/0口在该显示为送入选通电平(因为LED为共阴，故应送低电平)，以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符。逐位轮流点亮各个LED，每一位停

12、留lms，在10-20ms之内再一次点亮，重复不止，这样，利用人的视觉暂留好像六位LED同时点亮了。在此仪器的设计中，LED显示器的显示方式采用的是动态显示方式。在本设计中采用8279可编程键盘、显示器接口芯片。8279芯片是一种专用于键盘、显示器的接口器件，它能对显示器自动扫描，能识别键盘上闭合键的键号，提高CPU的工作效率。8279包括键盘输入和输出两部分。键盘部分提供扫描工作方式，可以和具有64个按键和传感器的阵列相连。能自动消除抖动以及对n键同时按下采取保护。显示部分为发光二极管、荧光管及其它显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，它为显示器提供多路复用信号可显示多达16位的字符或数字由

13、于显示所需电流比8279输出的电流要大，所以在显示器前端用7407驱动器对8279的输出电流进行放大。8279的中断请求信号线IRQ经反向驱动器74F04接至8031外部中断，这样，可通过中断方式对按键进行处理。六、附录（1）、总电原理图和电路的PCB图。（2）、流程图及源程序：#include "reg51.h"#include "intrins.h" #define Disdata P1 #define discan P3 #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DQ=P37;

14、 sbit DIN=P17; uint h; uchar code ditab16=0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09;/uchar code dis_712=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff,0xbf;uchar code scan_con4=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; uchar data temp_data2=0x00,0x00; uchar data display5=0x0

15、0,0x00,0x00,0x00,0x00; void delay(uint t)for(;t>0;t-);scan()char k;for(k=0;k<4;k+) Disdata=dis_7displayk; if(k=1)DIN=0; discan=scan_conk;delay(90);discan=0xff; ow_reset(void)char presence=1;while(presence)while(presence) DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0; delay(50); DQ=1; delay(6); presence=DQ; delay(

16、45); presence = DQ;DQ=1; void write_byte(uchar val)uchar i;for (i=8; i>0; i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DQ = val&0x01; delay(6); val=val/2; DQ = 1;delay(1); uchar read_byte(void)uchar i;uchar value = 0;for (i=8;i>0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value&g

17、t;>=1;DQ = 0; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); if(DQ)value|=0x80;delay(6); DQ=1;return(value);read_temp()ow_reset(); write_byte(0xCC); write_byte(0xBE); temp_data0=read_byte(); temp_data1=read_byte(); ow_reset();write_byte(0xCC); write_byte(0x44); work_temp

18、()uchar n=0; if(temp_data1>127) temp_data1=(256-temp_data1);temp_data0=(256-temp_data0);n=1; display4=temp_data0&0x0f;display0=ditabdisplay4;display4=(temp_data0&0xf0)>>4)|(temp_data1&0x0f)<<4);/display3=display4/100;display1=display4%100;display2=display1/10;display1=display1%10;if(!display3)display3=0x0A;if(!display2)display2=0x0A; if(n)display3=0x0B; main()Disdata=0xff; discan=0xff;for(h=