完整版测控电路毕业课程设计温度测量控制系统.docx
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完整版测控电路毕业课程设计温度测量控制系统
测控系统设计论文
题目:
温度测量控制系统
学生姓名:
刘涛
院(系):
自动化工程学院
专业:
测控技术与仪器
2011年4月
目录
1.摘要3
1.1指导思想3
1.2基本设计内容及要求3
1.3电路特点3
2.电路设计3
2.1总体设计思想3
2.1.1方案论证3
2.1.2原理框图3
2.1.3硬件设计思想4
2.2各主要部件及电路工作原理4
2.2.1单片机电路4
2.2.1.1时钟显示4
2.2.1.2复位电路5
2.2.1.3程序流程图6
2.2.1.4键盘流程图7
2.2.2温度信号的获取与放大7
2.2.2.1PT100温度传感器7
2.2.2.2信号放大电路9
2.2.2.3温度值计算过程9
2.2.3模数转换单元电路9
2.2.4按键电路11
2.2.5显示电路12
2.2.6电热杯控制电路14
3.数据的处理14
4.小结15
5.设计体会及今后的改进意见15
5.1体会15
5.2改进意见15
参考文献16
附录:
元器件清单17
1摘要
温度的测量是生产生活中时常需要的工作,进入21世纪后,温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
Abstract:
Temperaturemeasurementistheproductionoflifeoftenneedtowork,inthe21stcentury,thetemperaturesensoris,multi-function,bus,standardization,developrapidly.
关键词:
Highprecision,multi-function,bus,standardization,;
⑤允通电流≤5mA。
另外,PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。
图5键盘流程图
鉑热电阻的线性较好,在0~100摄氏度之间变化时,最大非线性偏差小于0.5摄氏度。
鉑热电阻阻值与温度关系为:
①-200℃<t<0℃时,
;
②0℃≤t≤850℃时,;
在常温0~100摄氏度之间变化时线性度非常好,其阻值表达式可近似简化为:
,当温度变化1℃,PT100阻值近似变化0.39。
2.2.2.2信号放大电路
对信号放大,我使用了低价格、高精度的仪器放大器OP07,它运用方便,O是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路,可以通过外接电阻方便的进行各种增益的调整。
其增益计算公式为:
(1)
2.2.2.3温度值计算过程
由于AD检测到的模拟电压值
(2)
计算可到的值,然后利用如下公式求出温度值:
(3)
其中,。
图6温度的获取与放大电路
2.2.3模数转换单元电路
ADC0809是带有8位AD转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式AD转换器,可以和单片机直接接口。
它是美国国家半导体公司的产品,是目前国内最广泛的8位通用的AD转换的芯片。
①ADC0809的内部逻辑结构如图2-2所示。
图7ADC0809内部逻辑结构
由上图可知,ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个AD转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用AD转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存AD转换完的数字量,当OE端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
②引脚结构如图2-3所示。
图8ADC0809引脚结构
ALE为地址锁存允许输入线,高电平有效。
当ALE线为高电平时,地址锁存与译码器将A,B,C三条地址线的地址信号进行锁存,经译码后被选中的通道的模拟量送入转换器进行转换。
A,B和C为地址输入线,用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入。
通道选择表1如下:
C
B
A
选择的通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
表1通道选择
模数转换电路仿真图:
图9AD转换电路
2.2.4按键电路
键盘电路中采用的是三个独立式按键修改温度。
按键电路仿真图:
图10按键电路
2.2.5显示电路
在单片机应用系统中,如果需要显示的内容只有数码和某些字母,使用LED数码管是一种较好的选择。
LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活,与单片机接口简单易行。
LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。
图8为0.5英尺LED数码管的外形和引脚图,其中七只发光二极管分别对应a~g笔段构成“”字形另一只发光二极管Dp作为小数点。
因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。
图11LED数码管
当LED数码管与单片机相连时,一般将LED数码管的各笔段引脚a、b、…、g、Dp按某一顺序接到MCS-51型单片机某一个并行IO口D0、D1、…、D7,当该IO口输出某一特定数据时,就能使LED数码管显示出某个字符。
LED数码管编码方式有多种,按小数点计否可分为七段码和八段码;按共阴共阳可分为共阴字段码和共阳字段码,不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码;按a、b、…、g、Dp编码顺序是高位在前,还是低位在前,又可分为顺序字段码和逆序字段码。
甚至在某些特殊情况下将a、b、…、g、Dp顺序打乱编码。
表2为共阴极和共阳极LED数码管几种八段编码表。
共阴顺序小数点暗
共阴逆序小数点暗
共阳顺序
小数点亮
共阳顺序
小数点暗
Dpgfedcba
16进制
abcdefgDp
16进制
0
00111111
3FH
11111100
FCH
40H
C0H
1
00000110
06H
01100000
60H
79H
F9H
2
01011011
5BH
11011010
DAH
24H
A4H
3
01001111
4FH
11110010
F2H
30H
B0H
4
01100110
66H
01100110
66H
19H
99H
5
01101101
6DH
10110110
B6H
12H
92H
6
01111101
7DH
10111110
BEH
02H
82H
7
00000111
07H
11100000
E0H
78H
F8H
8
01111111
7FH
11111110
FEH
00H
80H
9
01101111
6FH
11110110
F6H
10H
90H
表2共阴极和共阳极LED数码管几种八段编码
显示电路仿真图:
图12显示电路
2.2.6电热杯控制电路
电热杯控制电路采用的是继电器控制电热杯,用7409驱动继电器,二极管作为继电器的保护电路。
其电路仿真图如下:
图13电热杯控制电路
3.数据的处理
数据处理流程图:
图14数据处理流程图
4.小结
本方案设计完成温度测量及控制的任务。
由总体电路可知此温度测量控制系统硬件电路由于单片机的使用简单明了,每一部分功能较为单一集中,便于设计及排查问题,但软件方面较为复杂。
使用PT100作为温度传感器元件,可用连续采样取平均值的方法减少误差,使结果较为准确。
5.设计体会及今后的改进意见
5.1体会
温度检测是工业过程控制中一个重要参数,在本次课程设计中,通过对测控电路、传感器和单片机的综合运用,查阅大量资料,上网搜集信息顺利完成了预期的任务。
测控电路是测量与控制相结合的课程,需要用到各方面综合的知识,这也是本学期开设这门课程的目的。
在设计过程中,单纯一方面的知识是无法完成设计任务的,只有多学科的综合运用才能顺利完成各单元电路的设计,从而达到要求,这是我过去实验或课程设计所未曾经历的。
本次测控电路课程设计虽未做出实物来,但同样锻炼了我的动手能力,特别是对于Pretel软件的使用更加熟练,为将来的学习及工作都打下了好的基础。
5.2改进意见
本设计中使用单片机测量温度,通过继电器控制单片机的方案,需要准确的单片机程序,并且可以尝试设计智能系统,控制测量温度的数值或范围,功能将更加完善。
参考文献
[1]张国雄.测控电路(第三版).机械工业出版社.2008.1
[2]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京航空航天大学出版社.1993.8
[3]何道清张禾谌海云.传感器与传感器技术(第二版).科学出版社.2008.3
[4]黄继昌,张海贵,郭继忠.实用单元电路及其应用[M].人民邮电出社,2002
[5]沙占友,王彦朋,孟志永.单片机外围电路设计[M].电子工业出版社,2003
[6]张福学.传感器应用及其电路精选[M].北京:
北京电子工业出版社,1991
元器件清单
元件
规格
数量
单片机
89c51
1
电阻
2k
2
200
1
115k
1
120k
1
330
8
1k
1
10k
5
可调电阻
150
1
10k
1
电容
10nf
2
22uf
1
10uf
1
晶振
12MHZ
1
按键
4
传感器
pt100
1
二极管
1
继电器
1
74ls04
2
op07
1
7409
1
74ls00
1
8255
1
adc0809
1
74ls373
1
LED数码管
4
- 配套讲稿:
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