多路温度检测系统的设计.docx

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1、密级：公开鬲昌大承科学技术学院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY学士学位论文THESIS OF BACHELOR(20082012 年)目多路温度检测系统的设计学科部：信息学科部专业：自动化班级：081班学号：学生姓名：指导教师：起讫日期：2011.112012.6多路温度检测系统的设计专业：自动化学号：学生姓名：指导教师：摘要:本论文主要介绍多路温度的自动巡检、报警等，包括单片机AT89C51、A/D转换ADC0831、温度传感器、放大器OP07E以及硬、软件的设计。本课题以高性能微处理器AT89C51单片机为核心，通

2、过温度传感器Pa-t传感器，将检测到的数据输入0P07E放大器放大100倍，再将放大后的信号输入到ADC0831，经过A/D转换之后，其值由AT89C51处理，最后将其显示在D4, D3, D2, D1共四个七段数码管上。本系统能够根据主控机的指令对温度进行实时巡检采集数据，并对数据进行存储和显示，本系统还包含了报警电路，当温度高于或者低于某一个设定值时，启动温度异常报警等。而在软件上，本系统采用C语言编程，并且利用proteus进行仿真完成。关键词：温度自动巡检；AT89C51； ADC0831；温度传感器；Multiple temperature sensing system d

3、esignAbstract: This paper introduces the multi-channel temperature of the automatic data logging, alarm, etc., including the microcontroller AT89C51, A / D converter ADC0831, temperature sensor, amplifier OP07E and hardware and software design.The topics to low voltage, high-performance microprocess

4、or AT89C51 microcontroller is the core temperature sensor Pa-t sensor the detected data input 0P07E amplified 100 times, and then amplified the data input to the ADC0831, after A / D conversion, the value of the A T89C51, at last, to appear in the D4, D3, D2, D1 of four seven-segment digital tube. T

5、he system is capable of instruction on the temperature of the host computer for real-time inspection data collection, and data storage and display, the system also includes an alarm circuit, when the temperature is above or falls below a set value, the start temperature abnormal alarm. In software,

6、the system uses the C programming language, and use proteus simulation to complete.Keywords: temperature automatic inspection; AT89C51 ADC0831； temperature sensor；摘要IAbstractII第一章绪论11.1引言11.2主要研究的内容11.3基本要求1第二章多路温度检测系统硬件结构和模块化设计22.1温度检测系统的总体结构22.2 AT89C5122.3模数转换器ADC083142.4数码显示器62.5放大器OP0762.6键盘7第三

7、章多路温度检测系统软件设计83.1编程语言的选择83.2系统软件总体设计83.3系统软件主流程83.4系统按键程序流程8第四章多路温度检测系统仿真104.1 Proteus简介104.2 Proteus 的工作过程104.3系统仿真设计114.4系统调试14结论18参考文献19致谢20附录1：温度检测系统总硬件原理图21附录2：元器件清单21附录3：温度检测系统源程序代码22第一章绪论1.1引言温度在现实生活中是一个很重要的物理参数，也是在实际应用中使用最多的参数，而随着社会的进步和工业技术的发展，人们也越来越重视温度因素。因为它涉及到人们的日常生活、科学研究、工业生产、农业生产等领域，

8、如家禽家畜等养殖业在温室环境下，可以保证家禽家畜的合适生长环境,使其健康生长和预防瘟疫的发生；当今大型仓库、大型粮库的监测与控制现状等。可以说几乎80%的部门都不得不考虑着温度的因素。围绕温度检测、控制等，市面上从而出现了温度检测仪表等，因为温度在现实生活中的重要性，使得这些测量工具得到了广泛应用。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广泛应用于工业控制领域，形成了智能化的测量控制仪器，其实时性高、精度高，能够综合处理多点温度等，从而引起了仪器仪表结构的根本性变革，也使得其有了更广泛的应用前景。目前市场上普遍存在的

9、温度检测仪器大都是单点测量，同时还有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。 1.2主要研究的内容以AT89C51单片机为核心，完成4路温度的巡回检测，温度传感器采用Pa-t传感器，测量范围为0120C，放大器采用OP07E，温度信号输入采用差动放大形式，A/D转换器采用串行ADC0831，用4位LED显示器巡回显示各路温度，其中第1位为序号，第2至4位为该路的温度值。每路温度信号对应2个报警指示灯（1红1黄），当温度高于上限时红灯亮，低于下限

10、时黄灯亮。各路温度的上、下限值可在线设置。1.3基本要求1）以AT89C51单片机为核心（晶振11.0592MHZ），设计温度巡回检测系统。2）完成4路温度检测、放大及A/D转换的设计。3）完成4路温度的巡回显示，当按下检测键时，只显示本路温度，不巡回显示，再次按下检测键，进入报警温度设置，当按下恢复键时，恢复巡回显示。4）完成4路温度的报警。5）完成4路温度报警上、下限的设置。6）键盘采用中断方式。7）程序设计语言采用C语言。8）在Proteus中进行仿真。第二章多路温度检测系统硬件结构和模块化设计2.1温度检测系统的总体结构温度检测系统硬件结构主要包括：传感器、放大器、A/D转换、单片机

11、、显示、报警以及按键等。其系统硬件结构图如下：图1系统硬件设计框图2.2 AT89C51目前国内市场上可供选择的单片机的类型有很多种，以MCS-51、MCS-96为主流系列。其中MCS-51系列性能高价格便宜，开发用的仿真机研究较早并日趋完善，生产厂家较多，支持芯片种类繁多，适合不同应用场合的新机种不断涌现，使得MCS- 51系列单片机在国内成为开发中小型嵌入式系统的首选。AT89C51是带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该

12、器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供。1）主要特性：与MCS-51兼容；4K字节可编程闪烁存储器；32可编程I/O线128X8 位内部RAM；全静态工作：0Hz-24MHz；5个中断源；数据保留时间：10年；寿命: 1000写/擦循环；两个16位定时器/计数器；三级程序存储器锁定，可编程串行UART 通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路

13、。3iPa d rwxns I M 3 Pl i Fl 4 PJ. f Fl o- FLT ftFTWjCE5rt*BMirm? NTI/mJTliT-3.3K&fj.T KTJil.l MTAlil MU.ZF1宜矗FEKS2）管脚说明5 H vccJ* ra DHAPQ Tli p(j ijadi W I m2.1 AD J： in ro WADIN IE *U3 3-J Wl MftLrti 3D M 73*07 iRyrrlyiuEHT JT-JTA.I5 tT| jrr-i/A l* SF1 ra-AlJ- 7E7I KT.P*ALX 旬MHA Fi| FliBAL电a】I n1 央

14、鹿 yin PJ-tTAJM图2 AT89C51引脚图P0： P0为一个8位漏极开路型双向I/O端口，P0 口可作通用I/O 口使用，但在端口进行输入操作前，应先向端口的输出锁存器写“1”。在CPU访问片外存储器时，P0 口自动作为地址/数据复用总线使用，分时向外部存储器提供低8位地址和传送8位双向数据信号。在对EPROM编程时，由P0 口输入指令字节，而在验证程序时，P0输出指令字节（验证时应外接上拉电阻）。P0 口能以吸收电流的方式驱动8个LS型TTL负载。P1： P1是一个内部带上拉电阻的8位准双向【/0端口，当P1输出高电平时，能向外部提供拉电流负载，因此，不需要外接上拉电阻

15、。当端口用作输入时，也应该先向端口的输出锁存器写入“ 1”，然后再读取端口数据。在对EPROM编程和验证程序时，它用来输入低8 为地址，P1 口能驱动4个LS型TTL负载。P2： P2为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输

16、出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3： P3管脚是一个内部带上拉电阻的8位多功能双向I/O端口，可接收输出4个TTL 门负载。无论P3 口作通用输入口还是作第二输入功能口使用，相应位的输出锁存器和第二输出功能端都应置“ 1”。P3也可作为AT89C51的第二功能口，如表2-1所示。表1 P3 口第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD （串行输入端）P3.1TXD （串行输出端）P3.2/INT0 （外部中断0输入端）P3.3/INT1 （外部中断1输入端）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6/WR

17、（外部数据存储器“写”控制输出信号）P3.7/RD （外部数据存储器“读”控制输出信号）P3 口的第二功能是作为控制端口使用的。由于单片机没有专设的控制信号引脚，单片机在进行外部存储器和I/O端口扩展时所需要的控制信号必须由P3 口提供，P3 口第二功能相当于PC机中CPU的控制线引脚。RST：复位功能，单片机上电后，在该引脚上出现两个机器周期宽度以上的高电平，就会使单片机复位。备用功能，在主电源掉电期间，该引脚Vpd可接+5v电源，当Vcc下降到低于规定的电平，而Vpd在其规定的电压范围内时，Vpd就向片内RAM提供备用电源，以保持片内RAM中信息不丢失，以便电压恢复正常后单片机能

18、正常运行。ALE/PROG：为低8位地址锁存使能输出编程脉冲输入端，当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号，即读

19、选信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和

20、陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。VCC：供电电压。GND：接地。2.3模数转换器ADC0831ADC0831是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道带有串行接口的A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC0831的工作过程：首先将ADC0831的时钟拉低，再将片选端CS置低，启动A/D转换。接下来在第一个时钟的下降沿到来时，ADC0831的数据输出端被拉低，准备输

21、出转换数据。从时钟的第二个下降沿到来开始，ADC0831开始输出转换数据，直到第九个下降沿为止，共8位，输出的顺序从最高位到最低位。ADC0831启动程序：/*0831初始化和数据读取*/uchar readad0831()uchar i=0,tmp=0;DO1=1;CS1=1;delayUs();CLK1=0;CS1=0;delayUs();CLK1=1;delayUs();CLK1=0;delayUs();CLK1=1;delayUs();CLK1=0;delayUs();for(i=0;i=7;i+)tmp：iCS VREF-：IE?.1 -DEMCE5、1-1-止二-|=:二-)担

22、回%冒/匚盘口MOJB3J TEXT*OPU7 -TEXT=-t .-?F.4 1- 5ffl . HEKFm -ZE2W2222A/SEG-MFWICA4瑜AT83C51BUTTONCAPWP-ELECCRYSFALLED4=!ED LED-YELLOW 0P07 PD7ERESRESFWCK-E：TCK|40E|21二pi-LEG RED . D2 .LED-YELLOW. .胆 U1&:A -1E66 I* | II 1 10 HaMeiEBgEERad dieel 11CO . xTEKTr：i?1CO . cTEXT?U15：C U15:B4CI68U15 D 40666）温度系统总

23、图:图11温度系统总图4.4系统调试1）第一路温度时输入为92度时，输出为94度，存在一定误差:2）第三路温度输入高于120度时红灯亮，实现上限报警功能:图13温度上限报警3）当输入温度低于0度时黄灯亮，实现下限报警功能:ft jditolurcndju - ESES（直虽Izt回）lJ J5.-W Jdi I; lli. +Lp jjr yhL*r UK at+ SjeLm H*lp?SESWPxJCii! 4O6E-t rnrCFrlEES前知Si EUTTDH 3 WELK； gTAL LED FED LEEEUJtTM OW DPort RES HE5F?过的 TOC H66|rDWJ

24、KI KiivIiiK-J-b： r&vjifW Di-H, , ITEliP- 飞卜问山-OU ti4）对比下面三幅连续图，第一幅图中当温度输入70度时红灯不亮，无报警。在第二幅图中设置报警温度为65度，在第三幅图中当输入温度为70度时红灯亮，有报警，从而实现按键设置报警温度上限值：图15按键设置报警温度上限值通过按键设置上限报警温度为65度：dju:lu.eELu - 1515 EMM如旦通成过 rEULDW OFff?OFO?ERESAESFCI：-S 1CK 本码Illft 口蝎艮flit I-sl3 2sLp.Eirce 如噂 LLM吐了丁，整1 苗块 Sstni0|SE +

26、L LJEDFfOLED fELLOW parEl花FS FfFAg TCt：I鸣图17按键设置报警温度上限值从以上调试来看除温度测量值存在误差外，基本实现预设功能，比预期效果更佳理想。针对温度测量值误差，首先检查了仿真电路是否有错，电阻值是否设定错误。经过反复查看基本确定仿真电路正确。其次查看了仿真程序，经过查看初步确定是在 A/D转换公式即 tmp=TV*(120.0/255.0)+0.05 中 0.05 值过小，应该改为 tmp=TV*(120.0/255.0)+0.5,经过改正后温度在10度到120度范围内准确，0度到9度有一度的误差。调试后输入温度为75度输出也为75度： EJl I, JJE Qal.1 fTi 肮rFtWu LLbTfe/y Tatfa.B.14 SlLbB t*LpmLj s| o Gm=c=|如的的弓知占 ga 猝:：!H 润盘 1IU hJH dtaJH liEVEadia ISIS PEofHxxx-aanl (AvixaHi iaR)1J 口 X图18系统调试完成后温度结论在工业生产和日常生活中，对温度控制系统的要求，主要是保证温度在一定温度范围内变化，稳定性好，不振荡，对系统的快速性要求不是很高。在论文中简单

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