基于现场总线的单片机温度测量系统方案

1、 PAGE61 / NUMPAGES61目 录 1， 绪论 3 1.1 设计总体说明4 1.2方案论证71.2.1 铂热电阻71.2.27 1.2.3 现场总线8总体设计13 2.1系统工作原理132.2系统方框图14 2.3系统总体电路设计153、硬件设计15 3.1总体设计框架15 3.2温度传感器16 3.2.1传感器概述16 3.2.2传感器的静态特性17 3.2.3传感器的动态特性20 3.2.4传感器不失真检测转换条件20 3.2.5传感器的分类21 3.2.6电阻式温度传感器22 3.2.7传感器的选用23 3.3 A/D转换器23 3.3.1 A/D转换器的类型23 3.3.2

2、 ADC性能指标24 3.3.3选用ADC080925 3.4单片机28 3.4.1单片机概述28 3.4.2 AT89S51单片机29 3.5 CAN总线设计35 3.5.1 CAN总线硬件设计35 3.5.2 CAN总线软件设计37 3.6 CAN总线收发器39 3.6.1 82C250的主要特性29 3.6.2 82C250的功能框图29 3.6.3 功能描述40 3.7 显示电路424、软件设计43 4.1 系统程序设计44 4.2显示控制程序45 4.3按键检测子程序50结束语52附录：测量主程序53流程图57参考文献58致59 1、绪论改革开放以来，人们生活水平越来越高，城市农村建

3、设迅猛发展，农业、工业发展迅速，在城市里人们需要更多的园林建设来美化城市，改善生态环境，因此需要一个良好的温室系统来培育优良的苗木和花草，在农村，用温室种植蔬菜、花草等。在其它很多地方也会用到温室系统，如粮库需要一个好的温、湿度环境，让粮食不至于在长时间里变质。因此一个良好的智能温室系统，会给人们生活带来很大的帮助！温室系统是一个多方面智能监控系统，如温度系统、湿度系统、灌溉系统、系统、通风系统等。通过该系统进行温度测量，将数据实时显示和监控，要求系统温度偏差小于5，这样才能更加准确的提供一个良好的温度环境。当温度过高或者过低时，系统采取相应措施进行即时处理，恢复所要的理想温度围。温度是与人类

4、的生活、工作关系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测定的物理量。从工业炉温、环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器，各个技术领域都离不开测温和控温。因此，测温、控温技术是发展最快、围最广的技术之一。本文采用的是物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，而且测量精度高、围宽的铂热电阻进行温度系统的测量。温度控制系统具有非线性、时滞以与不确定性。单纯依靠传统的控制方式或现代控制方式都很难达到高质量的控制效果。采用单片机进行温度控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标。此测量电路能测量0500的温度变化。用传感器测量温度，将被测量

5、转换成电压，再转换为A/D转换器能够识别的05V，经过单片机处理，并在四位LED数码管上显示所测量的温度值显示格式为：XX.XX。控温精度为正负0.5。AT89S51将所测数据通过CAN总线传送给上位机，作为工业的参考数据存储起来。目前现场总线控制系统是一个以智能传感器、自动控制、计算机、通信、网络技术为主要容的多学科交叉的新兴技术，在过程自动化、制造自动化，电力等领域都有广泛的应用前景。目前国的现场智能仪表中，可连接于FF总线系统的产品还没有得到推广。而国外进口产品价格较高，维修不方便。因此，对于此次设计的，可以和现有常规产品连接的系统是很有必要的。 设计总说明 本文以CAN总线为基础，CA

6、N总线上的每一节点均可以作为主节点主动地与其它节点交换数据,彻底解决了主从结构网络上只能有一个主节点、其余均为从节点的潜在危害，CAN网络中的节点（信息帧）可分优先级，这对实时控制系统无疑是极为有利的。由于本系统采用了CAN总线构成局域网因此程序设计具有很大的灵活性。根据系统特点将程序分为两部分：监控程序、现场LCD显示程序和测温程序。利用微型计算机作为监控模块的主机，监控程序可完成较完备的温度监控和数据管理功能如：特定点温度的采集和显示，整个系统温度的采集和显示，温度越限报警点的定位等；现场LCD显示程序主要完成对信息的接收、处理，并按照一定的规律将其显示出来；测温程序主要完成接收监控计算机

7、发出的各种命令，采样信息等功能根据CAN协议和CAN设备的要求，用铂热电阻的温度传感器进行温度采集，通过AT89S51芯片进行温度输入、显示、控制等。然后通过FB3050和CPU P89V51RD2完成通讯控制，AT89S51将所测数据通过CAN总线传送给上位机，作为工业的参考数据存储起来。设计了一个基于现场总线的温度测控系统。该系统具有结构简单、成本低廉、性能可靠等优点。 温度测量系统中，传感器采用铂热电阻的温度测控电路。信号采集电路采用对称的差动式电桥测量温度信号,铂热电阻器RES4和精密电阻器R3、R4与R5组成测量电桥。此信号再经放大器放大之后经A/D转换器接入单片机就构成了温度监控系

8、统。再经过处理以后，由LED数码管显示数据。 温度测量系统可以通过传感器将被测量转换为O 到5V 的单路输入电压值，并在四位LED 数码管上显示温度值。本文将研究一种由CAN总线完成测控系统间数据通信、结构灵活、通用性号的温度测控系统，使用Pt100，并能方便的实现系统互联。将传感器的输出变换成标准电压或电流信号，通过A/D转换变成数字量。将数字量信号传给单片机，最后单片机将采集到的数据送到CAN总线控制器，通过CAN总线收发器传上总线，完成数据采集工作。 本文首先引入了现场总线这一高度综合与集成了计算机技术、通信技术和控制技术的新的技术模式，分析了现场总线的结构模型、特点、优点和类型等，进而

9、讨论了CAN作为众多现场总线之一的独特优点。在此基础上开发了基于CAN现场总线的温度监控系统。本文对该系统的结构、功能与特点、硬件选用设计和通信程序设计给予了详细的叙述从整体和局部的不同角度阐明了系统中所使用技术的先进性和独到之处： 此测量电路能测量0500的温度变化。用传感器测量温度，将被测量转换成电压，再转换为A/D转换器能够识别的05V，经过单片机处理，并在四位LED数码管上显示所测量的温度值显示格式为：XX.XX。控温精度为正负0.5。通过该系统进行温度测量，将数据实时显示和监控，要求系统温度偏差小于5，这样才能更加准确的提供一个良好的温度环境。当温度过高或者过低时，系统采取相应措施进

10、行即时处理，恢复所要的理想温度围。关键词：温度；CAN总线；LCD；行列式键盘；AT89S5General DesignDescription This paper based on CAN bus, CAN bus every node on all CAN be as the main node actively and other nodes exchange data, thoroughly solved the master-slave structure on the network CAN only have one main node, the others all the p

11、otential danger from node to node in the network, CAN (information CAN be divided into priority frame), the real-time control system is undoubtedly the extremely beneficial. Because this system USES a CAN bus constitute a LAN so the process design of great flexibility. According to the system charac

12、teristics will program was divided into two parts: monitoring procedures, the LCD display procedures and temperature measurement procedures. Micro computer as monitoring modules host, monitoring procedures can complete a complete temperature monitoring and data management functions such as: specific

13、 point the collection of temperature and display the whole system, the collection of temperature and display, the emergency alarm limit temperature of positioning; The LCD display program information to complete the main receiving, processing, and according to certain rules will display the; Tempera

14、ture measurement program mainly completes a computer monitor all kinds of receiving orders, sampling information etc. Function According to the agreement and CAN equipment CAN request, use of the platinic resistance temperature sensors for temperature gathering, through the AT89S51 chips for tempera

15、ture input, display, control and so on. Then through the FB3050 and CPU P89V51RD2 complete communication control, AT89S51 will test data through the CAN bus transfer to the PC, as the reference data storage industry up. Design based on field bus temperature measurement and control system. The system

16、 has simple structure, low cost and reliable performance, etc. Temperature measuring system, and the sensor of the platinic resistance temperature measurement and control circuit. Signal acquisition circuit adopts symmetrical differential bridge measuring temperature signal, platinum resistor and pr

17、ecision resistor hot RES4 R3, and of bridge R5 r4-g9 measurement. This signal by the amplifier amplification again after the A/D converter access single-chip microcomputer constitutes the temperature monitoring system. And then after treatment, after LED digital display by the data. Temperature meas

18、urement system can be measured through the sensor will convert to O 5 V single input voltage values, and in the four LED digital display on the temperature. This paper will research a complete measurement and control system by the CAN bus between data communication, flexible, the temperature of the

19、measurement and control system, general use, and CAN Pt100, the realization of the convenient system interconnection. The output of the sensor to transform standard voltage or current signal, through the A/D conversion into the digital quantity. Will the digital quantity signal to a single-chip micr

20、ocomputer, the microcontroller will be collected data sent to the CAN bus controller, through the CAN bus transceiver posted on the bus, complete data acquisition work. This paper first introduces the fieldbus this highly integrated and integration of the computer technology, communication technolog

21、y and control technology of new technology mode, analyzes the structure of the field bus model, characteristics, advantages and type and so on, then discusses the many field bus CAN one of the unique advantages. On the basis of the development based on CAN field bus temperature monitoring system. In

22、 this paper, the system structure, function and characteristics, hardware design and communication program design selection gives detailed narrative from the overall and partial view of the different illustrates the system used in the advanced nature of the originality and technology: the measuremen

23、t circuit can measure 0-500 temperature changes. Use sensors measuring temperature measurement, will be converted into voltage, then switched to A/D converter be able to recognize the 0, 5 V, single chip, and in the four LED digital display A tube of measurement temperature display format for XX: XX

24、. Temperature control precision of plus or minus 0.5 . Through this system, temperature measurement data real-time display and monitoring, asks the system less than 5 temperature deviation, so that we can more accurately provide a good temperature environment. When the temperature too high or too lo

25、w, the system adopt corresponding measures real-time processing, restore the ideal temperature range.Keywords: temperature; The CAN bus; LCD; The determinant keyboard; AT89S511.2 方案论证铂热电阻传感器铂电阻温度传感器Pt100其电阻值随着温度的变化而变化，为了便于检测，可将其信号转换为电压或电流信号，这里采用外加恒流源将电阻变化转变为电压变化信号。 铂热电阻的端子接线有三种不同的连接方式，即2线式、3线式和4线式。铂

26、热电阻是一种阻值随温度改变的温敏传感器，但实际使用时要把引线电阻计算在，即与铂热电阻本身阻值相加。因此，2线式适用于传感器在印制版上，即测量电路与传感器不太远的情况。所以我们常采用3线或者4线式接法。原理图中，第一个运算放大器的输出端和其反向输出端连接，起到了稳压的左右，而又将输出的稳压连接到了测量电桥，当温度发生变化时,铂热电阻器RES4的阻值也随之变化,电桥输出信号经运算放大器放大并经过相应的偏置处理后。使其电压满足ADC0809片A/D转换器的电压输入围0 V一5 V,以进行A/D转换。 在信号调整电路里，为了提高Pt100的测量精度,减少线路的长度对检测结果的影响，Pt100采用四线法

27、进行采样信号，再经过差动放大电路，这样可以较好的减少零点漂移，以与减少由于线路过长产生的压降对系统的影响。2.AT89S51单片机现代控制系统设计思想是将单片机或其他可编程器件与传统模拟、数字技术相结合，原来需要通过模拟电路、脉冲电路、组合逻辑实现的大部分控制功能，现在相当大的部分都可以用各种单片机通过软件方法予以实现。尽管8位单片机种类很多，但无论是从世界围还是全国围来看，51系列都是使用最广泛、影响最深远的，许多公司都推出了兼容系列单片机。51系列单片机实际上已经成为一个公认的8位单片机的标准，一直占有最大的市场。其中8051是51系列中最早最典型的产品，它最能体现单片机“single c

28、hip computer”的基本结构。但由于8051芯片使用起来不方便，功耗也较高，在实际使用方面早已经被淘汰，代之以与其兼容的89C51、89S51等。与PIC单片机相比，AT89C51最致命的缺点在于不支持ISP（在线更新程序）功能。AT89SC51就是在这样的背景下取代AT89C51的。AT89S51系列单片机的优点ISP在线编程功能：当你需要修改单片机部程序存储器的程序时，并不需要把AT89S51芯片从工作现场中剥离。具有串行的程序存储器写入方式，写入速度更快，稳定性更好，烧写电压也较低，仅仅需要45V即可。反复烧写次数更多：AT89S51标称为1000次，实际最少是1000次1000

29、0次，这样更有利于初学者反复烧写，减低学习成本。工作频率更高：AT89C51极限工作频率是24MHz，而AT89S51最高工作频率是33MHz。就是说AT89S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。为适应低功耗的要求，AT89S51的时钟频率最低可以下降到0.电源围更宽：AT89S51电源围较宽，达45.5V，而AT89C51系列单片机在低于4.8V和高于5.3V的时候则无常工作，电压围相对较窄。抗干扰性更强：AT89S51部集成了看门狗计时器（watchdog timer）.加密功能更强：AT89S51系列提供了三层的全新加密算法（有LB1、LB2、LB3三个可编程的加密位），这使

30、得对于AT89S51的解密变为几乎不可能，程序的性大大加强。支持低功耗模式：AT89S51支持两种可以用软件设置的低功耗模式，空闲（Idle）和掉电（power down）模式，其中power down模式还支持中断唤醒。Idle模式可以在RAM、定时器、串行口和中断系统持续工作的时候停止CPU。Power down模式可以保持RAM中的数据，但时钟停止工作，并且所有的功能部件都会失效，直到来一个外部中断或者系统复位，才会脱离power down模式。另外，AT89S51在结构上还设计了双数据指针（dual data pointer）、设置了电源关闭标志（power off flag）。AT8

31、9S51向下完全兼容51系列的所有产品。3.现场总线 3.1现场总线简介 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，给自动化领域带来了一次革命。基于现场总线与智能化仪表的控制系统FCS (现场总线控制系统)将逐步取代传统DCS（集散式控制系统）。DCS系统被称为集散式控制系统，它打破了计算机控制系统发展初期由单台计算机统管整个车间甚至工厂的集中控制模式，把整个生产过程分解多个子系统，由多台计算机共同协作完成自控系统功能，每台计算机或微处理器独立承担其中某一部分功能，并广泛采用冗余结构提高安全性。这种系统的优点是避免集中控制模式中危险集中的弊端。FCS

32、是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动控制系统的发展潮流，它必将替代DCS 计算机控制系统出现以后，在工程实践中广泛使用模拟仪表系统中的传感器、变送器和执行机构，其信号传送一般采用420mA的电流信号形式。一个变送器或者执行机构需要一对传输线来单向传送一个模拟信号。这种传输方法使用的导线多，现场安装与调试的工作量大，投资高，传输精度和抗干扰性能较低，不便维护。主控室的工作人员不便了解现场仪表的实际情况，不能对其进行参数调整和故障诊断，所以处于底层的模拟变送器和执行机构成了计算机系统中最薄弱的环节，即所谓的DCS系统的发展瓶颈。现场总线控制系统正是在这种情况下诞生的。现场总线（Field

33、 bus）是应用在生产现场的，在测量控制设备之间实现双向、串行、多点通信的数字通信系统。它在制造业、流程工业、交通、楼宇、工业控制、汽车行业等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景，并在很多行业渗透。基于现场总线的控制系统被称为现场总线控制系统。现场总线控制系统（Fieldbus Control System,FCS）是在以往的集散控制系统的基础上顺应用户对网络控制系统提出的开放性和降低成本的要求而诞生的。它用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各控制器与仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。因此，FCS实质是一种开放的、具有互操作性的

34、、彻底分散的分布式控制系统，已成为21世纪控制系统的主流产品。现场控制系统既是一个开放的通信网络，又是一个全分布控制系统，它作为智能设备的纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接成网络系统，并通过组态进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿控制、参数修改、报警、显示、监控、以与测、控、管一体化的综合自动化功能。现场总线控制系统是一个以智能传感器、自动化、计算机、通信、网路等技术为主要容的多学科交叉的新兴技术，在过程自动化、制造自动化、楼宇自动化、交通、电力、等领域都有广泛的应用前景。现场总线具有以下技术特点：系统具有开放性，对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从；系统具有互

35、可操作性与互用性，互可操作性是指实现互联设备之间、系统间的信息传送与沟通，互用则意味着不同生产厂家性能类似的设备可实现相互替换；现场设备的智能化与功能的自治性，它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备运行状态；系统结构高度分散性，现场总线已构成一种全新的全分散性控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性；对现场环境的适应性，工作在生产现场最前端的现场总线，是专门为现场环境设计的，可以支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗

36、干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，可满足本征安全防爆要求等。 自现场总线出现以来，有几种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的领域显示了自己的优势。它们具有各自的特点，也显示了较强的生命力。下面介绍几种常用的现场总线。基金会总线：基金会现场总线的主要技术包括FF通信协议，用于完成开放 式互联模型中的27层通信协议的通信栈，用于描述设备特征、参数、属性与操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典，以与用于实现测量、控制、工程量转换等应用功能块，实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件，以与构筑集成自动化系统网络系统的系统集成技术。 基金会现场总线FF（Fieldbus Foundatio

37、n）以ISO/OSI开放系统互联模式为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF 通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。基金会现场总线的主要技术容包括FF通信协议、用于完成开放互联模式中第2-7层通信协议的通信栈、用于描述设备特性、参数、属性与操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典、用于实现测量、控制、工程量转换等功能的功能块、实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件技术以与构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。LonWorks：LonWorks技术所采用的LonTalk协议被

38、封装在称之为Neuron的芯片中并得以实现。在开发智能通信接口、智能传感器方面，LonWorks神经元芯片也具有独特的优势。LonWorks技术已经被美国暖通工程师协会ASHRE定为建筑自动化协议BACnet的一个标准。LonWorks现场总线特点（1）采用了ISO/OSI模型的全部七层协议和面向对象的设计方法，通过网络变量把网络系统通 信设计简化为参数设置，通信速率从300bps至1.5Mbps不等。（2）支持多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产品。（3）3个8位CPU分工合作，共同完成系统功能。（4）Echelon公司鼓励OEM开发商运用LonWorks技术和神经元芯片，开发自己的产

39、品，因此，已被广泛用于工业控制等行业。 Profibus：Profibus是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA组成了Profibus系列。DP型适用于分散外设的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。HART：HART是High Way Addressable Remote Transducer的缩写。最早由Rosemount公司开发并得到80多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金会。这种被称为可寻址远程传感高速通道的开放通信协议

40、，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过度时期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发展。HART通信采用的是半双工的通信方式，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。HART 规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、都执行的命令；第二类称为一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现，这类命令包括最常用的的现场设备的功能库；第三类称为特殊

41、设备命令，以便于工作在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设备常可发现同时存在这三类命令。 HART采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。但由于这种模拟数字混合信号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆要求，并可组成由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。 CAN： CAN是控制网络Co

42、ntrol Area Network的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽 车部测量与执行部件之间的数据通信。它采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免了总线冲突。CAN总线具有极高的可靠性、数据传输速度高、传输距离较长、实时性强，特别适合工业现场监控设备的互联。CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会在出现在RS-485网络中的现象,即当系统有错误,出现多节点同时

43、向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损坏某些节点的现象。而且节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响,从而保证不会出现象在网络中,因个别节点出现问题,使得总线处于“死锁”状态。而且,CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片与其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期,这些是仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。相对于其他总线，CAN总线有以下优点： 采用通信数据块编码，可实现多主工作方式，数据收发方式灵活； 采用非破坏性基于优先权的总线仲裁技术； 信号传输用短帧结构（8个字节），传输时间短，受干扰的概率低； 发送的信息遭到破坏后，

44、可自动重发； 不关闭总线即可任意连接或拆除节点，增强了系统的灵活性和可扩展性； 采用统一的标准和规，使各设备具有较好的互操作性和互换性； 报文不包含源地址或目标地址，仅用标示符来指示功能信息、优先级信息； 通信介质可采用双绞线，现场布线和安装简单，易于维护，经济性好。作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通信控制方式，CAN-bus已经被广泛应用到各个自动化控制与检测系统中，从高速的网路到低价位的多路接线都可使用CAN-bus，如汽车电子、自动控制、智能大厦、电力系统、安防监控等领域。2、总体设计系统通过铂热电阻式传感器测量温度变化，其测量围可设在0100。通过信号调理电路转

45、换为O-5V的电压值，由A/D转换器ADC0809 进行模数转换成单片机能接受的信号，通过单片机AT89S51 控制四位LED 显示通过BCD 编码可使用在LED 上显示测量的温度值，格式为XX.XX。单片机AT89S51 通过CAN 总线把所测量的数据传给上位机，这样就实现了下位机与上位机的通信。2.1 系统方框图传 感 器信 号 调 理 电 路A/D转换器ADC0809单 片 机CAN控制 器SJA1000CAN收发 器820C250显 示 器系统工作原理框图系统工作原理传感器信号经调理电路后转换为标准的O-5V 直流信号，送入集成A / D 转换器ADC0809中进行模数转换成单片机能接

46、受的信号，单片机AT89S51分析和处理通过采样读入A / D 转换后的数据，并控制四位LED 显示，通过BCD 编码可在LED 上显示测量的温度值，其格式为XX.XX。后将数据写入SJA1O00 的缓冲区，由SJA1000 将数据送给CAN 总线收发器并上传，同时实现通信。2.2 系统总体电路设计由于单片机为8位处理器，当输入电压为500V时，输出数据值为255(FFH)，因此单片机最大的数值分辨率为0.0196(5255)。为就决定了该系统是最大分辨率(精度)只能达到0.0196V。测试时电压数值的变化一般以0.02的电压幅度变化，如要获得更高的精度要求，应采用12位的AD转换器。 系统测

47、得的值基本上均比标准值偏大0.010.02。这可以通过校正ADC0809的基准电压来解决，因为该电压表设计时直接有7805的供电电源作为基准电压，电压可能有偏差。别外可以用软件编程来校正测量值。3、硬件设计3.1 总体设计框架系统接口应用设计系统电路属于一路温度检测、显示与通信的系统，由于ADC0809带有输出锁存器，因此其输出线D0D7（即msb2-1lsb2-8）可以与AT89S51的P0口直接相连。AT89S51通过P2.4控制ADC0809的地址锁存ALE端与启动转换START端；通过T0查询转换结束信号EOC的电平状态；A/D转换结束后，再通过P2.5控制ADC0809的输出允许端O

48、E（ENABLE），通过P0口将转换后的数字信号读入单片机；由ALE端口输出频率可调的方波信号至ADC0809的时钟脉冲CLOCK端。如电器原理图所示：I/O口使用情况I/O口名称功能使用情况P0数据线使用8个P1提供段码使用8个P2ADC转换装置使用7个P3位控信号P3.2、6、7硬件设计系统主要元器件表序号名 称数 量备 注1AT89S511片2ADC08091片3SJA10001片4PCA82C2501个5数码管模块1块含四个数码管6铂热电阻传感器1个7稳压电源2个8OP-072个974LS2441个1074LS041个11晶振12MHz2个12发光二极管（红）2个136N1372个14

49、电阻若干3.2 温度传感器3.2.1 传感器概述温度传感器，使用围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段:1. 传统的分立式温度传感器热电偶传感器热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度，测量围广，可从-501600进行连续测量，特殊的热电偶如金铁镍铬，最低可测到-269，钨铼最高可达2800。2. 模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积

50、小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单.3.智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。智能温度传感器部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据与相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。根据被转换的非电量种类不同，传感器的组成可能有所不同。但一般情况传感器是由以下四个环节组成，如下图所示：敏感元件：将被测非电量转换

51、成容易变成电量的非电量。传感元件：将易变成电量的非电量转换成电量（参数）。测量电路：将电量参数转换成可用电量（电压、电流、频率等）便于传输、显示、记录、处理、控制等应用的量。辅助电源：提供给传感器进行非电量转换用的辅助电源。敏感元件转换元件测量电路辅助电源 传感器的组成框图传感器的基本特性主要是指输出量与输入量之间的关系。传感器作为被测量的一种转换器件，总是希望能无失真地进行转换，这种转换的精度水平取决于传感器的基本特性。当输入量为常量或缓慢变化时，这一关系称为静态特性；当输入量随时间变化时，这一关系为动态特性。一般情况下，传感器的输入与输出特性关系式可用微分方程式来描述，理论上当一阶以上微分

52、项为零时，即得到静态特性。但实际上静态特性还包括非线性和随机性等因素，把这些因素引入微分方程中将使其解复杂化，为避免这种情况发生，总是将静态特性和动态特性分开研究。因此，传感器的基本特性应该包括静态特性、动态特性与不失真检测条件三个因素。3.2.2 传感器的静态特性传感器作为检测变换器件，在实际使用中总是希望具有线性特性，因此经常进行线性化处理，这样就造成实际曲线与线性化直线间的误差，这些误差主要有以下各种误差。线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。从传感器的性能看，希望具有线性关系，即理想输入输出关系。但实际遇到的传感器大

53、多为非线性。在实际使用中，为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系，因此引入各种非线性补偿环节，如采用非线性补偿电路或计算机软件进行线性 线性度化处理，从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性，但如果传感器非线性方次不高，输入量变化围较小时，可用一条直线（切线或割线)近似地代表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，所采用的直线称为拟合直线。传感器的线性度是指在全量程围实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。线性度也称为非线性误差，用表示， 式中：最大非线性绝对误差满量程输出值迟滞误差 迟滞误差是指在一样工作条件下，做正、反行程试验（测试）所得两个曲线不重合的程度，

54、如下图所示。迟滞误差的定义式：在同一输入作用下，其正，反行程中输出间的最大偏差或最大偏差的一半值与满量程输出值的百分比，即最大的迟滞值；满量程输出值；迟滞误差。xFS yFS重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所的曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差，常用标准差计算，也可以用正反行程中最大重复差值计算，即或漂移传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境(如温度、湿度等)。最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出的变化，温度漂移主要表现为温度零点漂移和温

55、度灵敏度漂移。 温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度(一般为20度)时的输出值的变化量与温度变化量之比()来表示，即式中：工作环境温度t偏离标准环境温度之差，即传感器在环境温度t时的输出；传感器在环境温度时的输出。 灵敏度灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标，其定义为输出增量与引起输出增量的相应输入增量之比。用S 表示灵敏度。它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，很显然，灵敏度S值越大，表示传感器越灵敏。线性传感器的灵敏度就是它的静态特性的斜率，其灵敏度S在整个测量围为常量，如右图所示；而非线性传感器的灵敏度为一变量，用S=dydz表示，实际上就是输入输出特性曲线上某点的

56、斜率，且灵敏度随输入量的变化而变化。从灵敏度的定义可知，传感器的灵敏度通常是一个有因次的量，因此表述某一传感器灵敏度时，必须说明它的因次。A传感器的灵敏度 （a）线性 ：（b）非线性。 3.2.3 传感器的动态特性传感器的动态特性是指传感器的输出量对随时间变化的输入量的响应特性。传感器所检测的非电量信号大多数是时间的函数，即y(t) = fx(t)。传感器能否不失真的响应输入量x(t)的变化，是由它的动态特性来确定的，所以传感器的动态特性是传感器的输出值能够真实的再现变化着的输入量能力的反映。输出量与输入量两者之差称动态误差。在研究传感器动态特性时，采用控制理论课程中的“时域”和“频域”两种基

57、本的分析方法来研究，在“时域”中研究时其输入量采用阶跃信号；在“频域”中研究时，取正弦函数作输入信号。3.2.4 传感器不失真检测转换条件传感器不失真检测转换条件是指传感器的输出变化能够不失真的复现输入变化的条件。由控制理论可知，在线性系统中有两个重要性质：输出、输入的频率不变性与输出信号的叠加性。根据线性系统具有的这种性质，传感器的输出能够不失真检测转换输入信号的条件如下：在线性传感器中输出y(t)与输入x(t)的频率（周期）是一样的。由于传感器有衰减或放大作用，使输出量与输入量的幅值可能不同。由于传感器通常是惯性环节，所以输出y(t)与输入x(t)的相位可能不同。由以上条件传感器的输出y(

58、t)与输入x(t)可用下面的方程式来表示，即 y(t) = A0 x(t-0)式中 A0 幅值差；0 滞后时间。因为 A0、0都是常数，上式说明该传感器的输出y(t)的波形与输入x(t)的波形相似，只不过对应瞬时放大了A0倍，滞后了0时刻，输出的频谱（幅值谱和相位谱）与输入的频谱完全相似。可见，满足于上式，才能使输出的波形无失真地重复输入的波形。传感器的分类传感器进行非电量转换的原理一般是基于物理学、化学、生物学等学科理论中的各种定律、定理与各种效应完成其转换的。又由于利用某一种原理设计成的传感器又可测量多种非电量；还存在一种非电量又可用不同原理进行测量，因此，传感器的分类方法很多，常用的一般

59、分类方法有以下几种：按基本效应分 ：物理型传感器：以物理学中各种效应命名。化学型传感器：以电化学效应命名。生物型传感器：以生物活性酶命名。按构成机理分：结构型传感器：结构参数变化完成信号转换。物性型传感器：以材料的物理特性（效应）实现转换。按工作原理分：应变式传感器：以转换原理命名。电容式传感器：以转换原理命名。压电式传感器：以转换原理命名。热点式传感器：以转换原理命名。按输入量分：位移传感器：以输入量（用途）命名。压力传感器：以输入量（用途）命名。温度传感器：以输入量（用途）命名。按输出量分：模拟式传感器：输出模拟信号。数字式传感器：输出数字信号。按能量分：能量变换型传感器：自源变换。能量控

60、制型传感器：外源供给能量。3.2.6 电阻式温度传感器电阻式传感器是一种能把非电量（如力、压力、位移、扭距等）转换成与之有对应关系的电阻值，再经过测量电桥把电阻值转换成便于传送和记录的电压（电流）信号的装置。 利用感温材料，把测量温度转化为测量电阻的测温系统，主要有金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。它们的阻值随温度的升高，有的增加即属于正温度系数热敏电阻，有的减少即属于负温度系数热敏电阻。常用于测量200500围的温度，同时在5001200度温度围也有足够好的特性。热电阻的特性 大多数金属导体的电阻具有随温度变化的特性，其特性方程如下： Rt=R01+a（t