智能仪器设计课程设计Word格式.docx

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二、设计思路

通过B型（铂铑30）热电偶测量的答题思路为

三、硬件电路原理图与设计

3.1智能仪表基本模块硬件电路

智能仪表基本模块由单片机、输入按钮、硬件显示和通信接口组成原理图：

.

JLED

4

3

2

1

Jkey1

13

12

10

11

15

5

6

7

9

1312

SN74HC595

14

SER QHQH1

QA

RCK QB

QCSRCLRQD

SRCKQEQFQG

G

G QA

RCK QBQC

SRCLRQD

abcdefgh

510¦

¸

x8

SM2

LLM

RMR

SM1

n812

n79

n68

n56

n412

n39

n28

n16

hgf

ed

cba

+5V

x4

Uy1

Uy2

AN1AN2AN3

AN4

Rz1510

J5951

data

RCKSRCK

（1）最小系统板电路

n8n7n6n5n4n3n2n1

（2）电源电路

（3）按键电路

（4）扬声器电路

（5）数码管电路

（6）信号调理电路

（7）功率驱动电路

（8）LED电路

3.2智能仪表基本模块的功能：

（1）具有两排8个是数码管显示，分别显示测量值与设定值，数码管由74HC595驱动，因此只需要3个单片机引脚，可以用SPI接口引脚：

PB4、PB5（MOSI）和PB7（SCK），或是采用I/O引脚搭配时序的方法驱动。

（2）具有4个按钮：

功能选择按钮、数码管选择按钮、数字加按钮、数字减按钮。

按钮直接连在单片机引脚，低电平有效。

（3）具有4个LED灯，用于显示状态，直接连到单片机引脚，低电平有效。

智能仪表的外形：

PV

SV

SET

Ö

Ç

Ä

Ü

Ò

±

其中上排数码管显示测量值，下排数码管显示设定值，4个按钮用三个，右上侧有4个发光二极管。

四、测温模块设计

4.1热电偶

B型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点。

适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。

B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿，因为在0~50℃范围内热电势小于3μV。

B型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

两种不同成分的导体两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势成为热电势，也称为热电动势，热电偶就是利用这种原理进行温度测量的。

其中，直接用做测量介质温度的一端叫作工作端（称为测量端），另一端叫做冷端（称为补偿端）。

冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会显示出热电偶所产生的热电势。

热电偶将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注

意以下问题：

（1）热电偶所产生的热电势大小，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成分和两端的温差有关

（2）当热电偶的两个热电偶丝材料成分确定后，热电偶电势的大小，只与热电偶的温度差有关；

若热电偶冷端的温度保持一定，则热电势仅是工作端温度的单值函数

本设计要求的B型（铂铑30）热电偶测温范围如下表

热电偶分类

热电偶电极材料

温度范

围

（ C）

热电动势（mV）/温度

正极

负极

B

铂铑30

铂铑6

0—1800

0/0 18.84/1800

D11N4001

JD1

~220V

L N

G1

JRELAY

R1

300¦

C1

104

TLP521-1+12V

9013

Q1

10k¦

5.1k¦

R5

470¦

0.047uFC3

J1_1

J1_2

¼

Ó

È

Æ

÷

2000W

.GND12

GND12

加热器1000W

JC1

4.2热电偶信号调理电路

采用LM35的B00000000 型热电偶冷端补偿电路

B型热电偶在0度时的热电势为0mV，在1600度时的热电势为18.84mV。

若输出电压为0.2-3.3v。

因此放大器输出电压方程为：

1）0.2=m*0+b和2）3.3=m*18.84+b算出m、b的值然后根据

3）m=[R2/（R1+R2）][（Rf+Rg）/Rg]和4）b=Vref[R1/（R1+R2）][（Rf+Rg）/Rg]算出实验所需的数据

五、驱动双向晶闸管设计

本系统采用晶闸管脉冲调制驱动电路，其负载为1000W的电加热器（电源电压为

220VAC）。

单片机驱动晶闸管脉冲调制驱动器的电路如下图所示。

8

+12V

单片机驱动晶闸管脉冲调制驱动器的电路

六、软件设计

6.1主程序

#include<

iom16v.h>

#include<

macros.h>

unsignedcharvadc;

//vadc测得的放大电势值

unsignedintvar;

//测得的温度值

Unsignintdata[8];

//全局变量unsignedcharxs[8];

//数据缓存

unsignedchardisp[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,//共阳数码

0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf,0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0xFE,0xFF};

unsigned intweizhi[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};

高电平有效*/

unsignedcharLED0,LED1,LED2,LED3;

Voidmain（void） //主函数

{

unsigncharadc_time;

unsigncharsaomiao_time;

unsigncharxianshi_time;

init_devices（）；

adc_time=0;

}

while

（1）

While（adc_time=1） //测温

{adc（）;

Charlp（）;

//滤波

PID（）；

Shuchu（）;

adc_time=0;

While（saomiao_time==1）

{saomiao1（）;

//扫描按键并存放数据

Saomiao_time=0;

}while（xianshi_time==1）

{spihc（）;

//数码管显示

LED（）;

//LED灯显示

xianshi_time=0;

#pragmainterrupt_handlerint_TCCR1A:

7 //定时器1的TCCR1A组比较匹配中断服务程序

{staticunsignedcharn；

n++;

If（n==20） //200ms

adc_time=1;

//adc转换

Saomiao_time=1;

//扫描PD口按键

xianshi_time=1;

//显示数码管

6.2子程序

（1）ADC初始化函数

Voidadc_init（void）

{ADCSRA=0x00;

//ADCSRA–ADC控制和状态寄存器

ADMAX=0x20;

//选择外部参考电压，通道0，左对齐

ADCSRA=0xE2;

SFIOR=0Xa0;

//SFIOR-特殊功能IO寄存器，定时器1比较匹配B

（2）ADC转换程序

Voidadc（void）

{staticunsignedcharn;

while（!

（ADCSRA&

（1<

<

ADIF）））;

//等待转换完成

ADH=ADCH;

//8位转换

If（n<

5）

Value_adc[n++]=ADH;

Else

n=0;

（3）算术平均值滤波子函数VoidCharlp（void）

{Intsum=0;

Charcount;

For（count=0;

count<

5;

count++）

{ sum+=Value_adc[count];

//获取ADC转换结果，计算相加

Delay（）;

}vadc=sum/5;

（4）定时器初始化函数

VoidT1_init（void） //初始化定时器，产生10ms周期中断

{OCR1A=1249;

TIMSK|=（1<

OCIEA）;

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=0x08;

//定时器工作在CTC计数器模式

TCCR1B|=0x02;

//设定定时器1的分频值为8分频

（5）显示LED灯子程序

VoidLED（void）

{if（LED0==1）PORTB^=0x01;

If（LED1==1）

PORTB|=1<

1;

If（LED2==1）P