1、毕 业 设 计 论 文 题目：智能型温度巡检仪(软件部分)河南城建学院本科毕业设计(论文) 摘要I摘 要在实际生产和生活等各个领域中，温度是环境因素不可或缺的一部分，对温度进行及时精确的控制和检测显得尤为重要。随着国民经济的发展，人们需要对各种加热炉，热处理炉，生化温室中温度进行监测。采用单片机来对他们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，从而能够大大的提高产品的质量和数量。本文是基于智能温度巡检仪的硬件部分所做的软件程序，它与硬件部分相结合实现温度的实时测量与控制。硬件部分是以铂电阻 PT100 作为温度传感器，采用恒流测温的方法，通过单片机 ST
2、C89C52 进行控制，用放大器、A/D 转换器进行温度信号的采集，再通过单片机把采集到的信号送到 LCD1602 中进行显示，通过按键调节温度上、下限。软件部分在此主要对硬件电路各部分功能的程序进行模块化，并对电阻温度进行标度变换，对采集的温度数据滤波，实现温度的实时测量与控制。关键词：单片机 STC89C52， 温度传感器 PT100，模数转换器 ADC0809，液晶显示器 1602河南城建学院本科毕业设计(论文) AbstractIIAbstractTemperature is an essential of environmental factors in our actual pro
3、duction，living and many other fields. Its particularly important to control and detect the temperature promptly and exactly. With the development of the national economy, people need to all in the furnace, heat treatment furnace, chemical and biological monitoring of the temperature of the greenhous
4、e and control. Single-chip computer to control not only has control of their convenience, simplicity and flexibility advantages, but also substantial increase in temperature was charged with technical indicators, which can greatly improve the quality and quantity of products.This is the software pro
5、gram based on the hardware part of the smart temperature data logging devices, with the hardware part of the combination of real-time temperature measurement and control. The hardware part is based on the platinum resistance PT100 temperature sensor, the method of constant current temperature, by mi
6、crocontroller STC89C52 control, amplifier, A/D converter temperature signal acquisition, collected by the microcontroller signal sent to the LCD1602 to be displayed on the button to adjust the temperature, the lower limit. The software part modular, the program for some of the features of the hardwa
7、re circuit and the resistance - temperature scale conversion of the collected temperature data filtering, real-time temperature measurement and control.Key words: STC89C52, temperature sensorPT100, Analog ADC0809, LCD 1602河南城建学院本科毕业设计(论文) 目录III目 录摘 要 .IAbstract .II前 言 .11 概述 .21.1 温度检测仪表的现状 .21.2 课题
8、的提出 .31.3 本文的主要研究内容 .42 系统的总体设计 .52.1 系统的总体设计思想 .52.2 方案论证与选择 .52.2.1 温度采样和测试部分 .62.2.2 显示器 .62.2.3 键盘 .72.3 系统设计的技术关键 .73 系统的硬件设计 .83.1 系统的整体结构 .83.2 温度巡检仪的主要硬件 .83.2.1 温度传感器 PT100.83.2.2 A/D 转换器 ADC0809 .103.2.3 STC89C52 .123.2.4 LCD1602 .164 计算与软件实现 .194.1 温度采集 .194.1.1 数据输入 .194.1.2 A/D 采集信号 .20
9、4.2 数据处理 .234.2.1 电压 PT100 阻值转换 .234.2.2 AD 值 十进制数转换 .244.2.3 通过插值算法校正 PT100 的非线性度 .244.2.4 去极值平均滤波法 .25河南城建学院本科毕业设计(论文) 目录IV4.3 温度显示 .274.4 报警控制 .294.4.1 温度上、下限设定 .294.4.2 越限报警 .334.5 小结 .345 电路仿真的设计与分析 .355.1 Proteus 仿 真软件介绍 .355.2 电路仿真设计 .355.3 仿真分析 .376 总结 .38参考文献 .39致 谢 .40附录 A： .41附录 B： .42附录
10、C： .43河南城建学院本科毕业设计(论文) 前言1前 言在工业生产过程中，温度检测和控制都直接和安全生产、产品质量、生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系。温度检测类仪表作为温度计量工具，也因此得到广泛应用。随着生产力的发展，生产规模的扩大和对生产管理的自动化水平的要求越来越高，在很多场合，诸如电机、锅炉、饮料、食品、中频热处理行业的水路温度保护，变电所各电节点的温度检测等，要求温度巡检仪能自动巡检，以达到无人看守，温度自动巡检的目的。智能温度巡检仪首先要进行数据采集就是将一般的物理量通过传感器转换成模拟量，在经过A/D转换电路转换为数字量供给CPU 进行处理。详细来说就是能监测并采集多
11、路的温度信号，通过温度传感器将温度转换成电压信号输出电压，A/D转换芯片将模拟量转换成数字量，从而得到与温度信号具有一定关系的数字量，单片机采集这些数字信号，进行一定的信号调理、软件算法、以及标度变换，从而得到一定量的温度值，再将这一温度值通过显示的方式显示出来，然后通过按键或定时的控制实现巡检，就得到了一个4路温度巡检仪的系统。本设计应用性比较强，设计系统可以作为温度测量显示系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、生产温度监控系统等等。本毕业设计主要任务是完成环境温度检测并显示温度。设计后的系统具有操作方便，控制灵活移植性强等优点。本设计系统包括温度传感器，信号放大电路，A/D 转换模块
12、，数据处理，温度显示模块，控制模块六个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度测量与显示。河南城建学院本科毕业设计(论文) 概述21 概述1.1 温度检测仪表的现状温度是一个很重要的物理参数，自然界中任何物理。化学过程都紧密地与温度相联系。在工业生产过程中，温度检测和控制都直接和安全生产、产品质量生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系，因此在国民经济的各个领域中都受到普遍重视。温度检测仪表作为温度计量工具，因此也得到广泛应用。随着科学技术的发展，这类仪表的发展也日新月异。特别是随着计算机技术的迅猛发展，以单片机为主的嵌入式系统已经广泛应用于工业控制领域，形成
13、了智能化的测量控制仪器，从而引起了仪器仪表结构的根本性变革。传统的机械式检测仪表在工矿企业之中已经有上百年的历史了。一般均具有指示温度的功能。由于测温原理的不同，不同的仪表在记录、远传等方面的性能差别很大。例如热电阻温度计，它的测温范围是200650 ,测量准确，可用于低温或温差测量，能够指示报警、远传、控制变送，但维护工作量大而且不能记录；光学温度计测量范围是 3003200 ，携带使用方便，价格便宜，但是它只能目测，也就是说必须熟练才能测准，而且不能远传、控制变送等。近年来由于微电子学的进步以及计算机应用的日益广泛，智能化测量控制仪表已经取得了极大的进步。我国的单片机开发应用始于 80 年
14、代，在这 20 年中单片机应用飞速发展，技术日益成熟。以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，可以轻易的将计算机技术与测量技术结合在一起。智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理已经功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用单片机使之成为智能仪表的。从技术的背景来说，硬件集成电路的不断发展和创新也是一个很重要的因素。各种集成电路芯片都在朝超大规模、全 CMOS 化的方向发展，从而使用户具有了更大的选范围，这类仪器能够解决许多传统仪器不能或不易解决的问题，同时还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，降低仪表的成本以及加快新产品
15、的开发速度。智能化控制仪表的整个工作过程都是在软件的控制下自动完成的。装在仪表内部的 EPROM 中的监控程序由许多程序模块组成，每一个模块完成一种特定的功能，例如实现算法、接受并分析键盘输入命令等。编制完善的监控程序的某些模块，能够取代某些硬件电路的功能。这就为设计者扩展或改变仪表集体功能提河南城建学院本科毕业设计(论文) 概述3供了方便。智能控制仪表在引入单片机之后，已经降低了对某些硬件电路的要求，但是测试电路仍然占有很重要的位置，尤其是直接获取被测信号的传感器部分仍应给予充分的重视，有时提高整台仪器性能的关键仍然是在于测试电路尤其是传感器的改进。现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断
16、发展变化。传感器正朝着小型、固态、多功能和集成化的方向发展。由许多的国家正致力于将微处理器与传感器集成于一体，以构成超小型、廉价的测量仪器的主体。与国内已经出现的各种各样的智能化测量控制仪表相比，国际上更是品种繁多。国内的开发规模也相对较小，开发费用相对较高，与国际相比还存在很大的差距。 1.2 课题的提出测量是运用专门的工具，根据物理、化学、生物等原理，通过试验和计算找到被测量的量值。测量的目的就是尽可能准确的及时收集被测对象的状态信息，以便对生产过程进行正确的控制。测量是人类人士和改造世界的一种不可缺少和替代的手段。历史事实也已证明：科学的进步，生产的发展和进步是相互依赖、相互促进的。测量
17、技术是一个国家的科学技术的水平的反应。科学和技术的发展是与测量水平并行进步，相互匹配的。事实上，可以说，评价一个国家的科技动态，最简单快速的办法就是评价这个国家的测量技术以及测量数据是如何被利用的 。在暖通空调专业中，供暖、空调、制冷效果检验；建筑热工特性的测量；新型建筑材料的特性检验；建筑节能的研究；空暖热网，通风、空调系统、燃气配管网、给排水网等系统的运行和特性研究中，都需要对温度、压力等参数进行测量。这些领域的测量具有本身独特的特点，例如在供暖网的系统中，它存在如下特点：(1) 作用半径大，测点分散。对于一个城市的集中供暖网的系统，它的覆盖面广，系统大。这样测量供暖网不同点的运行参数时，
18、测点就相当分散。(2) 管网运行参数需要分时记录。要对管网的运行进行分析研究，管网的分时运行参数的测量和记录非常重要。一般要求在管网运行的期间，按一定的顺序检测和记录运行参数。此外还有节能建筑的效果检验，它需要对节能建筑和非节能建筑的功耗进行比较，这同样需要对建筑物内的房间进行分时的测量和记录。但它也存在如同供河南城建学院本科毕业设计(论文) 概述4暖效果检验的一些困难。另外一些别的专业的科学试验中，温度也是非常重要的一个测量参数。综上所述，由于温度的测量存在上述的问题，就需要由一种方便使用的测量仪表，能进行实时的检测，能进行数据的记录，长期自动运行不需要人为的干预。在这种情况下，本文设计了一
19、种方便使用的液晶显示温度数据采集器(以下简称温度数据采集器) 分别采用 PT100 铂电阻作为温度传感器来采集数据。本温度数据采集器在设计时，为了满足实时检测的要求，采用 4 路传感器轮流检测，从而实现温度巡检的实时数据采集。微处理器采用稳压电源进行供电，这样可以省去电池供电所带来的如工作时间有限电压不稳定以及电压的下降而影响整个系统的工作精度和稳定性的问题。1.3 本文的主要研究内容本课题的主要任务是研制一种智能的温度数据采集器，由 4 路传感器实现不同地点的温度数据的采集，并通过一定的处理之后进入单片机进行数据温度的采集储存和显示。主要解决以下内容：(1) 对 4 处不同的测试点巡回检测其
20、温度，进行集中管理，集中控制。(2) 在测量范围内可以正常显示。(3) 系统要有较强的抗干扰性能。(4) 有较高的分辨率，极好的可维护性。河南城建学院本科毕业设计(论文) 系统的总体设计52 系统的总体设计2.1 系统的总体设计思想不同的控制对象和不同的要求，应该有不同的设计思想。本系统实际上是一个专用的单片机系统。仪表内部除单片机以外的其他部分均可以看作是单片机的外设部分。在本系统中 CPU 在温度采集和处理时，主要是对温度值进行巡回检测、数据计算、数据统计和整理。从这一点出发，可以作出总体设计思路图2.1：图 2.1 系统的总结构框图温度经多采样、转换后以数字形式进入 CPU 利用 CPU
21、 具有运算、逻辑判断能力、速度快等特点，在它内部可以对这些输入数据进行必要的集中、加工和处理，在温度参数的测量和记录中则代替大量的常规显示和记录仪表，对整个环境温度进行集中监视。2.2 方案论证与选择设计方案的不同将直接决定仪表硬件的繁简程度，从而确定软件的不同编写思路。4 路温度巡检仪应对各种的温度进行检测，所以它是一个实时检测系统。在设计时应考虑以下几个方面：(1) 应保证前向的温度传感电路的精确度、灵敏度、电路结构的合理性。(2) 这个系统要具备一定的抗干扰能力，应在硬件和软件上引入各种抗干扰的措施，以增强它的稳定性和准确性。(3) 系统的可靠性和技术的可实行性。根据以上要求，硬件电路有以下几个方案可供选择。2.2.1 温度采样和测试部分测 试对 象滤波放大模数转换单片机显示控制
