【最新版】基于51单片机的多路温度参数检测系统设计毕业论文(2)

1.2系统设计主要任务

现代工业生产中常常需要对来自不同场合的信号源进行数字化处理，本文要求利用单片机设计一多回路参数检测系统。因为能够进行工业检测，所以要求成本更低，测量范围较广，测量精度较高、实时性好。

（1）在仿真模拟参数的实时测量与在线显示3~8路，并硬件实现至少1路。

（2）动态显示参数采用4～8位LCD。

（3）动态显示参数、并可通过外部按键设置各回路报警的阈值

本次任务要求使用51系列单片机来完成设计。在此基础上添加测温电路、温度设置按键电路、LCD显示电路、声光报警电路来共同组成一个完整的多路温度检测报警系统。

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2方案选择

2.1系统结构框图

电热水器水温自动调节器以AT89S52单片机为核心，由温度测定电路、温度设定电路、单片机。设定温度显示电路、报警电路等几部分组成，结构框图如图2.1所示。

（1）温度测定电路，最终采用DS18B20温度传感器。

（2）AT89S52单片机。本控制器的核心，温度采入比较、显示输出和报警就是用它的软件来控制实现的。

（3）温度设定电路。通过四个非编码开关按键来设定水温的上下阀值。

（4）温度显示电路。单片机将设定的温度值通过动态扫描的方法输出，液晶上可直接显示采集到的温度和设定的温度。

（5）报警电路。由单片机产生高低电平来控制LED和蜂鸣器来实现声光报警。

图2.1 系统结构框图

在该框图中，画出了几个模块相连接的情况，主要为了说明各个模块之间的关系和模块的作用。在下面的的说明中则是从各方面来说明选择各个模块方案的原因。

2.2测温方式的选择

温度是表征物体冷热程度的物理量。因为工业中被测目标的类型有很多，如气体、液体、还有固体等等，因而测量温度的方法也很多，但从感受温度的途径来分，有下面两大类：一类是接触式的，即通过测温元件与被测物体的接触而感知物体的温度；另一类是非接触式，即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。因此也就产生了各种测温传感器：传统的分立式温度传感器（含敏感元件）；模拟集成温度传感器；智能温度传感器（即数字温度传感器）。

（1）分立式温度传感器

传统的热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器，均属于分立式温度传感器，传感器本身就是一个完整的、独立的感温元件。此类传感器通常要陪温度变送器，以获得标准的模拟量（电压或电流）输出信号。使用时还需配上二次仪表，才能完成温度测量计控制功能。其主要缺点是外围电路比较复杂、测量精度较低、分辨力不高、需进行温度校准（例如非线性校准、温度补偿、传感器标定等），另外它们的体积较大、使用也不够方便。因此，分立式温度传感器将逐渐被淘汰。

（2）模拟集成温度传感器

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集成温度传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成温度传感器。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、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。外围电路简单，它是目前国内外应用最为普遍的一种集成传感器。典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

（3）智能温度传感器

智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在模拟集成温度传感器的基础上发展而成的第三代温度传感器，它将温度传感器、A/D转换器、寄存器、接口电路集成在一个芯片上，有的还包含中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM 或SRAM）、实时日历时钟以及报警电路。它是在20世纪90年代中期问世的。智能传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。

智能温度传感器具有以下三个显著特点：第一，能输出温度数据及相关温度控制量，适配各种微控制器（MCU）；第二，能以最简方式构成高性价比、多功能的智能化温度测控系统；第三，它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。

2.2.1温度测量元件的选择论证

（1）用热电偶作测温元件

①测温原理

把两种不同的金属A和B连接成闭合回路。如果将它们的两个节点中的一个进行加热，使其温度为T，而另一个置于室温T1中，则在回路中就有电流产生，这一现象就称为热电效应。在这种情况下产生的电动势称为热电势，用E(T1,T)来表示。通常把两种不同的金属的这种不同组合称为热电偶。，A和B称为热极，温度高的接点称为热端（或称工作端），温度低的称为冷端（或称为自由端）。利用热电偶把被测温度信号转变为热电势信号，用仪表测出电势大小，就可间接求得被测温度值。

②热电偶温度传感器的种类结构及优缺点

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：

a.测量范围广。常用的热电偶从-50～+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低

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可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

b.构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。其缺点是：

测量时间长，测量范围太宽，在低温测量中不适合用热电偶温度传感器。

如下表2.1是我国常用的几种标准型热电偶。

表2.1我国常用的几种标准型热电偶

（2）用热电阻作测温元件

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度较高，性能较稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。但是转换成电信号需要AD模块。

下面表2.2是几种常用的热电阻：

（3）用模拟温度传感器作测温元件

模拟集成温度传感器按输出方式可以分为：电流、电压、周期、频率、比率输出方式集成温度传感器。较常用的AD590是电流输出式集成温度传感器。

AD590的性能特点

AD590兼有集成恒流源和集成温度传感器的特点，具有测温误差小、动态阻抗高、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。

图2.2 AD590的内部电路

AD590的工作原理：

AD590的内部电路如图2.2所示。芯片中的R和R是采用激光修正的校准电阻，它能使2 …… 此处隐藏：3214字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……